第二章 2.6-2.7 二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)課件

PN結(jié)的溫度特性PN結(jié)的電容效應(yīng)2.6節(jié)、2.7節(jié)第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)一I-V

特性的溫度依賴關(guān)系PN結(jié)中存在少子注入引起的擴(kuò)散電流、空間電荷區(qū)的產(chǎn)生與復(fù)合電流和隧道電流。隧道電流對(duì)溫度不敏感，擴(kuò)散電流和產(chǎn)生、復(fù)合電流依賴于溫度：ni隨溫度增加而迅速增加，在高于室溫時(shí)，不太大的正偏壓下就使Id占優(yōu)勢(shì)。正偏：第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)反偏：隨溫度增加，ni增大，擴(kuò)散電流Id也占優(yōu)勢(shì)無(wú)論正偏或是反偏，(2-48)式足以描述大多數(shù)二極管I-V特性對(duì)溫度的依賴關(guān)系：說(shuō)明第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)1、I0的溫度依賴關(guān)系：主要體現(xiàn)在ni對(duì)溫度的依賴關(guān)系上：反應(yīng)了反偏情況下，I-V

特性的溫度效應(yīng)反偏-第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)正偏取和2、正偏時(shí)

的溫度依賴關(guān)系：？第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)對(duì)于硅二極管，Eg0＝1.21eV，典型的工作電壓為0.6V；在室溫(300K)時(shí)，每增加10oC，電流約增加l倍；電壓隨溫度線性地減小，系數(shù)約為-2mV/oC；結(jié)電壓隨溫度變化十分靈敏?？衫眠@一特性來(lái)精確測(cè)溫和控溫。思考題：PN結(jié)溫度系數(shù)的測(cè)試分析？第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)硅二極管正向溫度依賴關(guān)系-閾值電壓減小第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)硅二極管反向溫度依賴關(guān)系-第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)二PN結(jié)的勢(shì)壘電容PN空間電荷區(qū)的電荷量隨外加偏壓而變化的現(xiàn)象，表明PN結(jié)具有電容效應(yīng)。利用PN結(jié)電容效應(yīng)可制成變?nèi)荻O管和集成電路中所需的電容。第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)接通電源，對(duì)電容充電，直至兩個(gè)極板間的電位差等于外加電壓。極板上的電荷量隨外加電壓的增加而增大，相應(yīng)的極板間電場(chǎng)強(qiáng)度也增強(qiáng)。電容器上電壓的變化是靠極板上電荷的改變而實(shí)現(xiàn)的。（1）基本概念第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)PN結(jié)上的壓降也是通過(guò)空間電荷區(qū)正、負(fù)電荷發(fā)生變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。正負(fù)電荷增加、PN結(jié)壓降增大；空間電荷區(qū)正負(fù)電荷減小，壓降減小?？梢?jiàn)，PN結(jié)類似于平板電容。反偏電壓增加，有放電電流使得（電子和空穴流走），空間電荷區(qū)的正、負(fù)電荷增加；反偏電壓減小，正負(fù)電荷減少；在耗盡層近似的情況下，正負(fù)電荷的增減是靠空間電荷區(qū)的寬度變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)當(dāng)外加電壓不變時(shí)，空間電荷區(qū)的空間電荷量不變，空間電荷區(qū)的電容充電和放電停止，因此，PN結(jié)電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用。外加電壓頻率越高，每秒充發(fā)電的次數(shù)越多，通過(guò)空間電荷區(qū)電容的電流就越大，空間電荷區(qū)電容作用也顯著。PN結(jié)的電容效應(yīng)發(fā)生在勢(shì)壘區(qū)，稱為勢(shì)壘電容第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)！電荷變化量集中在空間電荷區(qū)兩邊的薄層內(nèi)PN結(jié)的勢(shì)壘電容和平行板電容器形式一樣1、PN結(jié)電容允許直流通過(guò)，而通常的電容器能隔直流；2、PN結(jié)電容是偏壓的函數(shù)。（間距是變化的）區(qū)別：第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)（2）單邊突變結(jié)勢(shì)壘電容根據(jù)單邊突變結(jié)耗盡區(qū)寬度的表達(dá)式(2-23)：空間電荷層的小信號(hào)電容定義為：?jiǎn)芜呁蛔兘Y(jié)勢(shì)壘電容第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)根據(jù)斜率可以計(jì)算施主濃度，直線外推可求出自建電壓。第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)（3）線性緩變結(jié)勢(shì)壘電容空間電荷層的小信號(hào)電容定義為：思考：試描述線性緩變結(jié)勢(shì)壘電容變化關(guān)系曲線？第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)在雜質(zhì)分布未知的PN結(jié)中，可以利用電容－電壓曲線描繪出輕摻雜一邊的雜質(zhì)分布，這種過(guò)程稱為求雜質(zhì)分布。（4）雜質(zhì)分布求解對(duì)于一任意雜質(zhì)分布：電荷增量空間電荷層邊緣W處的雜質(zhì)濃度第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)根據(jù)泊松方程，電場(chǎng)增量與電荷增量的關(guān)系：電場(chǎng)增量與偏壓增量的關(guān)系：可以求出W在不同反向偏壓下，描述出1/C2和V的曲線，利用曲線得到Δ(1/C2)/ΔV，從而可以得到N(W)。第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)單位面積上電容變化關(guān)系第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)三PN結(jié)的擴(kuò)散電容在擴(kuò)散區(qū)中積累的電荷量隨著外加電壓而改變的，因此，PN結(jié)也可等效為一個(gè)電容，這個(gè)電容稱為PN結(jié)的擴(kuò)散電容。正偏時(shí)，在擴(kuò)散區(qū)積累的非平衡載流子的電量隨偏壓很快增加，因此正偏時(shí)的擴(kuò)散電容很大；反偏時(shí)，擴(kuò)散區(qū)的少子濃度低于平衡值，載流子電量隨電壓變化很小，因此，反偏時(shí)的擴(kuò)散電容可以忽略。正向PN結(jié)的擴(kuò)散電容：空穴擴(kuò)散區(qū)電容和電子擴(kuò)散區(qū)電容的和第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)空穴擴(kuò)散區(qū)積累的電荷：電子擴(kuò)散區(qū)積累的電荷：空穴擴(kuò)散區(qū)電容電子擴(kuò)散區(qū)電容第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)總擴(kuò)散電容：對(duì)于PN+結(jié):對(duì)于P+N結(jié):擴(kuò)散電容隨正向電壓加大而呈指數(shù)增加，正向電流較大時(shí)，擴(kuò)散電容也較大，將起主要作用。二極管和晶體管的開(kāi)關(guān)特性和高頻特性都與擴(kuò)散電容有關(guān)第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)例題分析考慮在Nd=2×1015cm-3的襯底上通過(guò)硼的兩步擴(kuò)散制成PN結(jié)，硼的表面濃度為1018cm-3，結(jié)深為5μm，假設(shè)自建電場(chǎng)為0.8V，求在5V反偏壓下的結(jié)電容。第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)解：因?yàn)椋篘BC=2×1015cm-3,N0=1018cm-3所以：NBC/N0=2×10-3cm-3又：2.9×10-155μm結(jié)電容1F=103mF=106uF=109nF=1012pF法拉第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)二極管應(yīng)用實(shí)例反向偏置PN結(jié)電容在LC調(diào)諧電路中很有用，該電路的諧振頻率是由外電壓控制的，專門為此制造的二極管稱為變?nèi)荻O管。結(jié)型二極管電容-電壓方程為：反向偏壓對(duì)于單邊突變結(jié)：n=1/2對(duì)于線性緩變結(jié)：n=？思考：兩式形式相同第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)因此，包括一個(gè)PN結(jié)電容LC電路，其諧振頻率可表示為：在電路應(yīng)用中，一般希望諧振頻率與控制電壓之間成線性關(guān)系第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的電容隨外加偏壓而變化這一特性制成的非線性電容元件，被廣泛地用于參量放大器，電子調(diào)諧及倍頻器等微波電路中，變?nèi)荻O管主要是通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝等一系列途徑來(lái)突出電容與電壓的非線性關(guān)系，并提高Q值以適合應(yīng)用。符號(hào)表示第二章2.6-2.7二極管溫度效應(yīng)與電容效應(yīng)品質(zhì)因數(shù)基本定義：Q=1/ωCjRsRs為體電阻，Cj為結(jié)電容在工作狀態(tài)，變?nèi)荻O管調(diào)制電壓一般加到負(fù)極上，使變?nèi)荻O管的內(nèi)部結(jié)電容容量隨調(diào)