第九節(jié)-結(jié)電容

內(nèi)容PN結(jié)的形成及能帶圖像PN結(jié)的特性PN結(jié)的電流-電壓特性PN結(jié)的電容-電壓特性pn結(jié)電容簡(jiǎn)述突變結(jié)的電容電壓特性線性緩變結(jié)的勢(shì)壘電容擴(kuò)散電容pn結(jié)電容簡(jiǎn)述pn結(jié)的整流特性的頻率響應(yīng)電容：描述電子系統(tǒng)電荷存儲(chǔ)能力的物理量C=DQ/DV,C=dQ/dV,pn結(jié)電容效應(yīng)的來源：空間電荷耗盡區(qū)的電容CT；外加偏壓下擴(kuò)散區(qū)的非平衡載流子注入引起的電容CD；勢(shì)壘電容CT正偏壓：擴(kuò)散作用增強(qiáng)，空間電荷區(qū)減??；負(fù)偏壓：漂移作用增強(qiáng)，空間電荷區(qū)增大；勢(shì)壘區(qū)空間電荷的變化引起的電容稱為勢(shì)壘電容；p區(qū)n區(qū)

-+p區(qū)n區(qū)

-+p區(qū)n區(qū)

-+平衡正偏壓負(fù)偏壓外加偏壓作用下擴(kuò)散、漂移運(yùn)動(dòng)的競(jìng)爭(zhēng)作用導(dǎo)致空間電荷區(qū)的變化擴(kuò)散電容正向偏壓下，擴(kuò)散區(qū)非平衡載流子數(shù)目隨外加偏壓增強(qiáng)而增加；由擴(kuò)散區(qū)非平衡載流子電荷引起的電容稱為擴(kuò)散電容DpDnp區(qū)n區(qū)

V1V2V1>V2正向偏壓下擴(kuò)散區(qū)的非平衡載流子分布Dpn(x)Dnp(x)突變結(jié)的電容電壓特性突變結(jié)模型勢(shì)壘區(qū)的電荷密度：勢(shì)壘區(qū)寬度：----++++++勢(shì)壘區(qū)pnN(x)NDNAr(x)qNDqNA++++++----雜質(zhì)電荷密度xn-xp00電中性條件：例：

如pn結(jié)p區(qū)摻雜NA=1016cm-3；n區(qū)摻雜ND=1018cm-3；則：

xp=100xnxD=xp+xn≈xp勢(shì)壘區(qū)主要在雜質(zhì)濃度低的一端擴(kuò)展：勢(shì)壘區(qū)pn泊松方程：DV=-r/e;突變結(jié)勢(shì)壘區(qū)的泊松方程：V（x）為勢(shì)壘區(qū)內(nèi)電勢(shì)；積分得：邊界條件：外加電勢(shì)只降落于勢(shì)壘區(qū)（耗盡層近似）因此：

ε(-xp)

ε(xn)

ε1(x)

ε2(x)----++++++pnεεmxn-xpεm=-qNAxp/ere0=qNDxn/ere0設(shè)p區(qū)中性區(qū)電勢(shì)為0，則所以：電勢(shì)分布：----++++++pnVxn-xpVDVDE突變結(jié)的勢(shì)壘寬度接觸電勢(shì)差：所以：?jiǎn)芜呁蛔兘Y(jié)如果pn結(jié)兩邊摻雜濃度相差較大，則VD，XD只由低摻雜一邊的雜質(zhì)濃度決定

例：p+n結(jié)：NA>>ND,xn>>xp,XD≈xn

例：p+n結(jié)：NA>>ND,xn>>xp,XD≈xn勢(shì)壘高度也可以表達(dá)為：VD=

-εmXD/2經(jīng)驗(yàn)公式（Si）：NB(cm-3)1014101510161017XD(mm)3.11.00.310.1VD=0.75eV非平衡態(tài)的pn結(jié)（外加電壓）PN結(jié)的偏置電壓：正向偏壓：P區(qū)接正極；V>0;反向偏壓：N區(qū)接負(fù)極;V<0;不同偏置電壓下的pn結(jié)正向偏壓：勢(shì)壘減小勢(shì)壘寬度減小反向偏壓：勢(shì)壘增大勢(shì)壘寬度增大推廣：外加偏壓V勢(shì)壘區(qū)壓降：VD-V；則勢(shì)壘寬度：勢(shì)壘寬度隨正向偏壓增大而減??；隨反向偏壓增大而增大；p+n結(jié)pn+結(jié)突變結(jié)的勢(shì)壘電容勢(shì)壘區(qū)電荷：代入勢(shì)壘區(qū)寬度：?jiǎn)挝幻娣e微分電容：設(shè)pn結(jié)面積為A，則勢(shì)壘電容：對(duì)p+n或pn+結(jié)：突變結(jié)勢(shì)壘電容影響因子：NB，A（控制電容）；隨外加偏壓變化：正偏壓下勢(shì)壘電容的修正(結(jié)電流貢獻(xiàn))：勢(shì)壘電容和平行板電容的比較：XD隨所加偏壓變化；線性緩變結(jié)線性緩變結(jié)勢(shì)壘電容勢(shì)壘區(qū)電荷密度：aj：勢(shì)壘區(qū)雜質(zhì)濃度梯度；令xj=0，勢(shì)壘區(qū)邊界為：±XD/2求解泊松方程：一次積分ND-NAxxj線性緩變結(jié)＋＋＋＋＋＋——————邊界條件：（耗盡層近似）勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)：電場(chǎng)最大值：εx-XD/2XD/2εmε(x)繼續(xù)積分：設(shè)x=0；V(0)=0；B=0勢(shì)壘區(qū)電勢(shì)：接觸電勢(shì)差：εx-XD/2XD/2εmVxVD/2EVD勢(shì)壘寬度：外加偏壓V：

接觸電勢(shì)差：

勢(shì)壘區(qū)寬度：勢(shì)壘區(qū)電量：電容：擴(kuò)散電容n，p擴(kuò)散區(qū)電量：DnDpp區(qū)n區(qū)

V1V2V1>V2擴(kuò)散電容n，p擴(kuò)散區(qū)電量：n，p擴(kuò)散區(qū)電容總電容：pn結(jié)微分電容：p+n結(jié)的擴(kuò)散電容：擴(kuò)散電容公式只適用于低頻情況；比較：CT，CD大正偏壓：CD>CT；反向偏壓：CT>CD；例：設(shè)Sipn結(jié)兩邊摻雜分別為Na=1016cm-3，Nd=1015cm-3，（ni=1.5×1010cm-3）1.求接觸電勢(shì)差VD。2.求勢(shì)壘區(qū)寬度。3.求勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)極大值。VD=0.635eV；XD=0.951mm；εm=-1.34×104V/cm例：一個(gè)pn結(jié)二極管在反向偏壓為2V時(shí)電容為200pF，試問需要多大的反向偏壓，才能使電容減小到100pF？（VD=0.85V）電容電壓特性的應(yīng)用單邊突變結(jié)電容：電容電壓曲線斜率：2/qesNB；截距：V=Vbi線性緩變結(jié)：CV特性測(cè)量雜質(zhì)分布小電壓作用下：帶入：Cj=es/W得：變?nèi)萜鞣聪蜃儔旱膭?shì)壘電容：n：靈敏度超突變結(jié)：n>1/2p+n結(jié)：ND(x)=B(x/x0)mPn結(jié)n型區(qū)電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于p型區(qū)，則pn結(jié)電流主要是空穴電流還是電子電流？Pn結(jié)的接觸電勢(shì)差有無可能超過禁帶寬度？為什么？畫出pn結(jié)在均勻光照下的能帶圖