第二章22非平衡PN結(jié)

一正向偏置及能帶圖外加正向偏壓時(shí)，在勢(shì)壘區(qū)產(chǎn)生一個(gè)外加電場(chǎng)，其方向與原來的自建電場(chǎng)方向相反，從而消弱了勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的強(qiáng)度。自建電場(chǎng)外加電場(chǎng)勢(shì)壘高度下降至正向偏置PN結(jié)及其能帶圖減小的勢(shì)壘高度允許多數(shù)載流子擴(kuò)散通過PN結(jié)，以至形成了大的電流。稱之為正向偏壓，給PN結(jié)造成了低阻的通路。由于勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)削弱，勢(shì)壘區(qū)的空間電荷數(shù)量將減小，勢(shì)壘寬度變窄。同時(shí)，勢(shì)壘區(qū)兩邊的電勢(shì)差降低，因此，非平衡PN結(jié)的能帶相對(duì)于平衡PN結(jié)發(fā)生了變化。二反向偏置及能帶圖外加反向電壓，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，空間電荷區(qū)的寬度變寬。自建電場(chǎng)外加電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，增高的勢(shì)壘阻擋載流子擴(kuò)散，通過PN結(jié)的電流非常小，結(jié)的阻抗很高，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。稱為加反向電壓，簡(jiǎn)稱反偏。勢(shì)壘高度上升至耗盡區(qū)的寬度變化為：耗盡區(qū)的寬度變化為：突變結(jié)線性緩變結(jié)耗盡區(qū)的寬度與外加反偏壓的關(guān)系：三少數(shù)載流子的注入NPN區(qū)P區(qū)空穴：電子：P區(qū)N區(qū)擴(kuò)散擴(kuò)散在正偏時(shí)，電子從N區(qū)擴(kuò)散（或注入）到P區(qū)，空穴從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的正向注入效應(yīng)。1、結(jié)邊緣少子濃度（1）自建電勢(shì)與平衡載流子濃度關(guān)系熱平衡PN結(jié)電位差：腳標(biāo)0表示熱平衡狀態(tài)nn0、np0

分別表示N側(cè)和P側(cè)熱平衡時(shí)的電子濃度

pp0、pn0

分別表示P側(cè)和N側(cè)熱平衡時(shí)的空穴濃度：熱平衡時(shí)載流子濃度與勢(shì)壘高度的關(guān)系同理：多數(shù)載流子pp0、nn0

分別代替Na、Nd（2）電勢(shì)與載流子濃度關(guān)系正向偏壓時(shí)：結(jié)電勢(shì)nn、np

分別表示N側(cè)和P側(cè)空間電荷區(qū)邊緣的電子濃度小注入時(shí)，N側(cè)注入電子的濃度遠(yuǎn)小于nn0，因此，假設(shè)nn=nn0，則：同理：確定空間電荷區(qū)邊緣少子濃度P側(cè)空間電荷區(qū)邊緣的電子濃度N側(cè)空間電荷區(qū)邊緣的空穴濃度np0

表示P側(cè)熱平衡時(shí)的電子濃度pn0

表示N側(cè)熱平衡時(shí)的空穴濃度正偏時(shí)：正偏時(shí)，外加電場(chǎng)與自建電場(chǎng)相反，空間電荷區(qū)被消弱，電子從N區(qū)擴(kuò)散（或說注入）到P區(qū)，空穴從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)，導(dǎo)致P側(cè)結(jié)邊緣電子濃度大于平衡值：np>np0，N側(cè)結(jié)邊緣的空穴濃度大于平衡值：pn>pn0，這種現(xiàn)象稱為正向注入效應(yīng)。電子擴(kuò)散空穴擴(kuò)散npnp0pnpn0P區(qū)N區(qū)反偏時(shí)：外加電場(chǎng)與自建電場(chǎng)方向相同，空間電荷區(qū)電場(chǎng)加強(qiáng)，結(jié)邊緣空間電荷區(qū)N區(qū)邊界的空穴濃度低于平衡值：

pn<pn0，使得其邊界附近的空穴就向空間電荷區(qū)擴(kuò)散，而且一旦進(jìn)入空間電荷區(qū)，就立即被電場(chǎng)掃向P區(qū)。同理，P區(qū)邊界的電子濃度也低于平衡值：np<np0，使得其邊界附近的電子就向空間電荷區(qū)擴(kuò)散，而且一旦進(jìn)入空間電荷區(qū)，就立即被電場(chǎng)掃向N區(qū)。這種現(xiàn)象稱為反向少子抽取作用。pnnp少子空穴擴(kuò)散少子電子擴(kuò)散四空間電荷效應(yīng)和擴(kuò)散近似對(duì)于N側(cè)，由于注入過量空穴的正電荷存在，建立起一瞬間電場(chǎng)。此電場(chǎng)吸引過量電子以中和注入的空穴，并使電中性得以恢復(fù)?？赡苡泻芨叩倪^量載流子濃度而無顯著的空間電荷區(qū)。1015+1012電場(chǎng)吸引過量電子以中和注入的空穴1012+105注入的空穴正偏時(shí)，注入的少數(shù)載流子是決定因素。多子處于被動(dòng)的地位，只限于中和少子所引起的電場(chǎng)，可以忽略多子的影響。在注入載流子的區(qū)域，假設(shè)電中性條件完全滿足，則少子就是僅存的一種類型載流子。這些載流子由于被中和，不帶電，通過擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)在電中性區(qū)運(yùn)輸。這種處理方法稱為擴(kuò)散近似。擴(kuò)散近似令：則空穴的連續(xù)性方程變?yōu)椋和?，P側(cè)電子的電流和連續(xù)性方程變?yōu)椋?對(duì)于線性緩變結(jié)，耗盡層內(nèi)空間電荷分布可表示為：式中，a為雜質(zhì)濃度的斜率泊松方程改寫為：則可以得到耗盡層的寬度和自建電勢(shì)為：作業(yè)1、2解答線性緩變結(jié)的電場(chǎng)強(qiáng)度也是在P區(qū)和N區(qū)的交界面處最大，而邊界處為零。與單邊突變結(jié)不同的是，其正、負(fù)電荷區(qū)的寬度相等。即：xn=xp

=1/2

W解答：線性緩變結(jié)空間電荷區(qū)的電場(chǎng)和寬度為A.dx薄層內(nèi)的空間電荷的總量

雜質(zhì)濃度梯度，對(duì)線性緩變結(jié)是一常數(shù))()(AqaxdxdxxAqNxdQ==空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的增量為：求積分得到電場(chǎng)（1）電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度分布：邊界條件：緩變結(jié)的電場(chǎng)強(qiáng)度為拋物線分布，突變結(jié)的電場(chǎng)強(qiáng)度為線性分布，所以緩變結(jié)的最大電場(chǎng)強(qiáng)度比突變結(jié)要低，這對(duì)提高PN結(jié)的反向擊