N结的击穿与习题解答.ppt

PN结的击穿,西南科技大学理学院,PN结的击穿,一、击穿现象 当PN结的反向电压增大到某一值VB时,反向电流会突然变得很大，这种现象叫做PN结的反向击穿， VB称为击穿电压。,二、雪崩击穿,1、雪崩击穿现象 （1）碰撞电离和碰撞电离率 碰撞电离：高速运动的载流子与晶格碰撞能碰撞出晶格上的价电子，结果产生新的电子-空穴对 碰撞电离率：一个载流子经过单位距离能够通过碰撞电离产生的电子-空穴对数目，称为碰撞电离率，用 表示。,二、雪崩击穿,碰撞电离率强烈的依赖电场强度，只有电场强度达到一定值才会表现出； 碰撞电离的效果-产生新的电子-空穴对,二、雪崩击穿,2、雪崩倍增和雪崩击穿 （1）物理过程： PN结反偏情况下，空间电荷区电场强度加大， 区中 经势垒区被扫向 势垒电场 经过势垒区被加速到足够大的速度 在势垒区出现碰撞电离 离开势垒区的电流大于进入势垒区的电流，称为雪崩倍增,二、雪崩击穿,电场足够强 新产生的电子空穴对在 运动中又产生碰撞电离 出现连锁反应，使流出势垒区的电流趋于无穷大，发生击穿，称为雪崩击穿,二、雪崩击穿,（2）倍增因子M 包括雪崩倍增作用在内的流出势垒区的总电流与流入势垒区的原始载流子电流之比称为雪崩倍增因子，用M表示。 用 表示一个载流子通过势垒区产生的电子空穴对，记流入的电流为I入。,二、雪崩击穿,3、雪崩击穿电压 （1）击穿条件 物理意义：每个进入势垒区的载流子能产生新的电子-空穴对，新的电子-空穴对又产生新的电子-空穴对。,二、雪崩击穿,（2）击穿电压定量结论 由于 可以求解出不同掺杂PN结所要加的外加反向偏压，即为击穿电压VB 当V= VB 时，M,三、齐纳击穿,1、齐纳击穿原理 根据量子理论，电子具有波动性，可以有一定的几率穿过位能比电子动能高的势垒区，这种现象称为隧道效应,三、齐纳击穿,在图中，PN结势垒区内价带中点A处的电势与导带中点B处的电势相等，两点之间的距离d就是隧道长度。 当反向电压增大，势垒区的电场变大，从而使隧道长度d缩短 不具有能量EG的电子有机会从A点通过隧道效应直接到B点,三、齐纳击穿,做相似三角形，得到 变形得 隧道长度为,三、齐纳击穿,当反向电压V增大到使势垒区中最大电场达到一个临界值时，隧道长度d也就小到一个临界值，这时大量的P区价电子会通过隧道效应流入N区导带，使隧道电流急剧增加， 这种现象称为“隧道”击穿或者齐纳击穿。,三、齐纳击穿,隧道长度d正比于势垒宽度xd， 而 所以，高掺杂主要击穿机理是隧道击穿，而低掺杂主要击穿机理是雪崩击穿； 隧道击穿电压较低，雪崩击穿电压较高；一般 为隧道击穿， 为雪崩击穿,课后习题解答,教材p74,习题3 利用公式 其中其中 0.0259，q= 常温时硅本征浓度为n i=1.51010个/cm3 代入数据计算得V bi=0.968V,课后习题解答,运用耗尽层宽度公式 其中 计算得x d=3.810- 4cm=3.8um 用公式 分别计算得x n= 0.633um , x p=3.167um,课后习题解答,最大电场强度为 直接代入数据可得 =1.28105V/cm,课后习题解答,例子2 若采用一个P+N突变结作变容二极管。该P+N结的内建电势Vbi=0.8V。在反向偏置电压为2V时，势垒电容为100pF。 如果要得到25pF的电容，反向偏置电压应该为多大？ 若轻掺杂一边的掺杂浓度为1014/cm3，该P+N结的结面积是多大？,课后习题解答,对于单边突变结 , 在 中忽略分子中 的，得到,课后习题解答,由平行板电容公式 直接得到 当