单元1 半导体基础

1、2021-6-301 1 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 单元单元1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 1.1 半导体基础半导体基础 1.2 PN结原理结原理 2021-6-302 2 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 1.1 半导体基础半导体基础 (1) (1)室温电阻率约在室温电阻率约在1010-3 -3 10106 6cmcm，介于金，介于金 属和绝缘体之间。属和绝缘体之间。

2、良好的金属导体良好的金属导体: 10: 10-6 -6 典型绝缘体典型绝缘体: 10: 1012 12 cm cm 一、半导体的基本特性一、半导体的基本特性 2021-6-303 3 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 (2)(2)具有负的温度系数，即电阻一般随温度上具有负的温度系数，即电阻一般随温度上 升而下降；金属的电阻随温度上升而上升。升而下降；金属的电阻随温度上升而上升。 (3)(3)具有较高的温差电动势率，而且温差电动具有较高的温差电动势率，而且温差电动 势可为正或为负；金属的温差电动

3、势率总是负势可为正或为负；金属的温差电动势率总是负 的。的。 (4)(4)与适当金属接触或做成与适当金属接触或做成P-NP-N结后，电流与电结后，电流与电 压呈非线性关系，具有整流效应。压呈非线性关系，具有整流效应。 2021-6-304 4 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 (5)(5)具有光敏性，用适当的光照后材料后电阻具有光敏性，用适当的光照后材料后电阻 率会发生变化，产生光电导；率会发生变化，产生光电导； (6)(6)半导体中存在电子和空穴两种载流子。半导体中存在电子和空穴两种载流子。

4、 (7)(7)杂质的存在对电阻率产生很大的影响。杂质的存在对电阻率产生很大的影响。 上述这些特性使半导体有别与金属和绝缘体而上述这些特性使半导体有别与金属和绝缘体而 自归一类自归一类, ,需要指出的是需要指出的是, ,半导体与金属和绝缘半导体与金属和绝缘 体之间并不存在严格界限。体之间并不存在严格界限。 2021-6-305 5 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 常见的半导体材料 2021-6-306 6 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职

5、业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 二、半导体与金属中的载流子二、半导体与金属中的载流子 电导率：电导率：nq 金属中的载流子浓度与原子密度同数量级，且不金属中的载流子浓度与原子密度同数量级，且不 随温度变化而明显变化，其典型值为随温度变化而明显变化，其典型值为101022 22 101023 23cm cm-3 -3 迁移率（载流子在单位电场中的漂移速度）迁移率（载流子在单位电场中的漂移速度） 金属中的载流子只有电子（价电子）金属中的载流子只有电子（价电子） 2021-6-307 7 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学

6、院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 半导体中的载流子有电子和空穴半导体中的载流子有电子和空穴 电导率：电导率： pn pqnq n n、p p是电子和空穴的浓度是电子和空穴的浓度 n n、 p p为电子和空穴的迁移率为电子和空穴的迁移率 2021-6-308 8 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 本征半导体：本征半导体： 电导率：电导率：)( pnii qn Tk E h mmTk n gnp i 0 3 4 3 * 2 3 0 2 exp )()2(2 本征载流子浓度：本征载流子浓度：

7、2021-6-309 9 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 在室温（在室温（T=300K）下：）下： ni （Ge） 2.41013cm-3 ni （Si） 1.51010cm-3 ni （GaAs） 1.6106cm-3 2021-6-3010 10 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 本征载流子浓度和样品温度的关系 2021-6-3011 11 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件

8、的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 杂质半导体杂质半导体： 本征半导体内掺入微量的杂质，使半导体的导电本征半导体内掺入微量的杂质，使半导体的导电 能力显著变化，这种半导体称为杂质半导体能力显著变化，这种半导体称为杂质半导体 半导体中杂质半导体中杂质： 施主杂质和受主杂质施主杂质和受主杂质 2021-6-3012 12 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 多数载流子多数载流子： P型半导体中的空穴、型半导体中的空穴、 N型半导体型半导体 中的电

9、子称为多数载流子中的电子称为多数载流子 少数载流子少数载流子： P型半导体中的电子、型半导体中的电子、 N型半导体型半导体 中的空穴称为多数载流子中的空穴称为多数载流子 P型半导体型半导体：主要依靠空穴导电的半导体（掺：主要依靠空穴导电的半导体（掺 入三价元素）入三价元素） N型半导体型半导体：主要依靠电子导电的半导体（掺：主要依靠电子导电的半导体（掺 入五价元素）入五价元素） 2021-6-3013 13 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 杂质半导体中的载流子来源于：本征杂质半导体中的载流子

10、来源于：本征 激发和杂质电离激发和杂质电离 2021-6-3014 14 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 n型型Si中电子浓度中电子浓度n与温度与温度T的关系：的关系： 杂质离化区杂质离化区 饱和区饱和区 本征激发区本征激发区 2021-6-3015 15 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 半导体导电具有热敏性，因此器半导体导电具有热敏性，因此器 件都有一定的工作温度件都有一定的工作温度 2

11、021-6-3016 16 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 1.2 PN结结 1. PN结的形成结的形成 2. PN结的单向导电性结的单向导电性 3. PN结的穿通结的穿通 4. PN结的反向击穿结的反向击穿 5. PN结的电容效应结的电容效应 6. PN结的动态特性结的动态特性 2021-6-3017 17 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 1. PN结的形成结的形成 PN结是指结是指P型

12、半导体和型半导体和N型半导体的结合部型半导体的结合部 空间电荷层空间电荷层 P型型N型型 2021-6-3018 18 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 合金法合金法形成突变结，杂质浓度、掺杂厚度不易控制，形成突变结，杂质浓度、掺杂厚度不易控制， 早期电力半导体器件采用早期电力半导体器件采用 扩散工艺扩散工艺形成缓变结，大功率电子器件采用形成缓变结，大功率电子器件采用 离子注入离子注入 最高注入深度只有最高注入深度只有20um20um，只在电力半导，只在电力半导 体器件制造业中小范围使用体器件

13、制造业中小范围使用 外延生长外延生长容易获得理想的突变结，但生长层越厚，容易获得理想的突变结，但生长层越厚， 晶体结构的完美性越不易保证，对衬底表面要求较高，因晶体结构的完美性越不易保证，对衬底表面要求较高，因 而在电力器件，特别是高耐压的器件制造工艺中较少采用，而在电力器件，特别是高耐压的器件制造工艺中较少采用， 但在功率集成电路和一些新型的电力器件制造工艺中则被但在功率集成电路和一些新型的电力器件制造工艺中则被 普遍采用，如快恢复二极管。普遍采用，如快恢复二极管。 形成形成PN结的工艺技术结的工艺技术 2021-6-3019 19 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半

14、导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 2. PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结的电流电压关系结的电流电压关系： I=ISexp(qV/kT)-1 IS是反向饱和电流 V 外加电压 2021-6-3020 20 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 3. PN结的穿通结的穿通 是指空间电荷区随反向电压的升高而展是指空间电荷区随反向电压的升高而展 宽到与电极接通而发生的短路现象。宽到与电极接通而发生的短路现象。 需要承受很高的反向电压而正向导通时的电需要承

15、受很高的反向电压而正向导通时的电 流容量又要很大的流容量又要很大的PN结比较容易碰到穿通问结比较容易碰到穿通问 题题 2021-6-3021 21 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 空间电荷区 P + n PN结的穿通结的穿通 2021-6-3022 22 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 4. PN结的反向击穿结的反向击穿 PN结反向电压增加过大，达到反向击穿电结反向电压增加过大，达到反向击

16、穿电 压压VBR时，反向电流将会急剧增加，破坏了时，反向电流将会急剧增加，破坏了PN 结反向偏置为截止的工作状态，这种状态称为结反向偏置为截止的工作状态，这种状态称为 反向击穿。反向击穿。 2021-6-3023 23 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿 热击穿热击穿 PN结的反向击穿型式：结的反向击穿型式： 2021-6-3024 24 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率

17、 器器 件件 雪崩击穿雪崩击穿 雪崩击穿是电力半导体器件中最常见的击雪崩击穿是电力半导体器件中最常见的击 穿现象。穿现象。 为同时满足正反两种偏置状态要求为同时满足正反两种偏置状态要求 （正向导通电流容量大、反向耐压高），功率（正向导通电流容量大、反向耐压高），功率 器件的器件的PN结通常为单边突变结。结通常为单边突变结。 2021-6-3025 25 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 击穿机理击穿机理： 反向电压反向电压VR空间电荷区内电场强度空间电荷区内电场强度 载载 流子漂移运动的动能流

18、子漂移运动的动能与晶体原子发生碰撞使与晶体原子发生碰撞使 之电离之电离 空间电荷层载流子浓度空间电荷层载流子浓度 （数目倍（数目倍 增）增）反向电流反向电流IR 单向导电性遭到破坏单向导电性遭到破坏 （击穿）（击穿） 2021-6-3026 26 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 雪崩击穿通常发生在空间电荷区雪崩击穿通常发生在空间电荷区较宽较宽的的 轻掺杂轻掺杂一侧，对于单边突变结，雪崩击穿电一侧，对于单边突变结，雪崩击穿电 压压UB随着轻掺杂区的杂质浓度的升高而下降。随着轻掺杂区的杂质浓度的

19、升高而下降。 如硅如硅P+N结的雪崩击穿电压：结的雪崩击穿电压： UB=1.691018N-3/4 特点：特点： 当当N从从1019升高到升高到51020m-3， UB从大约从大约 9500V下降到下降到500V左右。左右。 2021-6-3027 27 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 2021-6-3028 28 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 2、齐纳击穿（隧道击穿）、齐纳击穿（隧道击

20、穿） 击穿机理：击穿机理： 反向电压反向电压VR 能带弯曲量能带弯曲量 P区与区与N区之区之 间能带间距间能带间距隧道电流隧道电流 反向电流反向电流IR 单向导电性遭到破坏（击穿）单向导电性遭到破坏（击穿） 2021-6-3029 29 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 特点：特点： 齐纳击穿在重掺杂齐纳击穿在重掺杂PN结中才会发生。主要结中才会发生。主要 取决于空间电荷区内的最大电场（一般约为取决于空间电荷区内的最大电场（一般约为 2105V/cm） 掺杂浓度越高，齐纳击穿电压越低掺杂浓度越

21、高，齐纳击穿电压越低。 2021-6-3030 30 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 雪崩击穿和隧道击穿的主要区别雪崩击穿和隧道击穿的主要区别 隧道击穿主要取决于空间电荷区中的最大电场；隧道击穿主要取决于空间电荷区中的最大电场； 雪崩击穿除了与电场有关外雪崩击穿除了与电场有关外,还与空间电荷区宽还与空间电荷区宽 度有关。度有关。 雪崩击穿是碰撞电离的结果，如果用光照等其雪崩击穿是碰撞电离的结果，如果用光照等其 他办法，同样会有倍增效应；而上述外界作用他办法，同样会有倍增效应；而上述外界作用

22、对隧道击穿则不会有明显的影响。对隧道击穿则不会有明显的影响。 隧道击穿电压随着温度的增加而降低，温度系隧道击穿电压随着温度的增加而降低，温度系 数为负数；而雪崩击穿电压随着温度的增加而数为负数；而雪崩击穿电压随着温度的增加而 增加，温度系数为正数增加，温度系数为正数 。 2021-6-3031 31 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 3、热击穿、热击穿 PN结中电流：结中电流： Tk E TnJ NnpNnn LpqDLnqD：J Tk qV JJ g is DinAip pnpnpns s

23、0 32 2 0 2 0 00 0 exp / / 1exp 则 又 反向饱和电流 TJs 损耗损耗 T j 击穿击穿 2021-6-3032 32 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 5、PN结的热效应结的热效应 kT qV kT E Tk qV JJ g s expexp1exp 0 理想理想PN结的电流电压方程：结的电流电压方程： 二极管的电流在一定电压下将是温度的函数。二极管的电流在一定电压下将是温度的函数。 2021-6-3033 33 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的

24、理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 Temperature Effects Diode current will increase as a specific voltage for both bias polarities v 通态压降通态压降UF 是温度的函数。是温度的函数。 在电流密度较在电流密度较 小时，其温度小时，其温度 系数是负数。系数是负数。 电流密度较大电流密度较大 时，其温度系时，其温度系 数为正。数为正。 2021-6-3034 34 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职

25、业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 v PN结的反向电流结的反向电流 会随着结温的上升而增会随着结温的上升而增 大。大。 v 温度升高还会使得温度升高还会使得 PN结的雪崩击穿电压结的雪崩击穿电压 UB提高。提高。 为避免这些热效应严重影响结型器件的稳定性，为避免这些热效应严重影响结型器件的稳定性， 必须采用有效的散热措施，因而电力电子装置中必须采用有效的散热措施，因而电力电子装置中 的功率器件大多安装在带特制散热器的基座上。的功率器件大多安装在带特制散热器的基座上。 2021-6-3035 35 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信

26、息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 6、PN结的电容效应结的电容效应 PN结的电荷量随外加电压而变化，呈结的电荷量随外加电压而变化，呈 现电容效应，称为结电容现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分，又称为微分 电容。电容。 结电容按其产生机制和作用的差别可结电容按其产生机制和作用的差别可 分为势垒电容分为势垒电容CT和扩散电容和扩散电容CD 。 2021-6-3036 36 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 1、势垒电容（、势垒电容（CT） ： PN结外加电压变化结外加电压变化

27、空间电荷层宽度变空间电荷层宽度变 化化PN结空间电荷层电荷量变化结空间电荷层电荷量变化电容效应电容效应 势垒电容在外加电压变化时才起作用，外加势垒电容在外加电压变化时才起作用，外加 电压频率越高，势垒电容的作用越显著。势垒电电压频率越高，势垒电容的作用越显著。势垒电 容的大小与容的大小与PN结截面积成正比，与阻挡层的厚结截面积成正比，与阻挡层的厚 度成反比度成反比 2021-6-3037 37 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 2、扩散电容、扩散电容CD： PN结耗尽层外扩散长度内存储的电荷数

28、，结耗尽层外扩散长度内存储的电荷数， 随外加电压变化，正向电流越大，存储的电随外加电压变化，正向电流越大，存储的电 荷越多。亦表现出电容效应。称为扩散电容荷越多。亦表现出电容效应。称为扩散电容 2021-6-3038 38 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 3、CT、CD随电压在随电压在CJ中所占的比例：中所占的比例： 正向偏置条件下，当正电压较低时，扩散运动正向偏置条件下，当正电压较低时，扩散运动 较弱，势垒电容占主要成份；正向电压较高时，扩较弱，势垒电容占主要成份；正向电压较高时，扩 散运

29、动加剧，使扩散电容按指数规律上升，成为散运动加剧，使扩散电容按指数规律上升，成为 PN结的主要成份。结的主要成份。 反向偏置状态下，因扩散运动被抑制，因而表反向偏置状态下，因扩散运动被抑制，因而表 现出较小的扩散电容，因此现出较小的扩散电容，因此PN结电容以势垒电容结电容以势垒电容 为主。为主。 2021-6-3039 39 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 C V CD CT CT、CD随外加电压变化的关系图随外加电压变化的关系图 2021-6-3040 40 2021-6-30 单元单元1

30、 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 P区向区向N区注入空穴，在区注入空穴，在N区形成少数载流子积累，区形成少数载流子积累， 与与N区的电子复合而形成少子浓度梯度，随着正向区的电子复合而形成少子浓度梯度，随着正向 电流的上升，少数载流子的积累增多，少子浓度梯电流的上升，少数载流子的积累增多，少子浓度梯 度变缓。少子空穴浓度分布在大部分高阻度变缓。少子空穴浓度分布在大部分高阻N区。因区。因 为注入的少子浓度远高于为注入的少子浓度远高于N区的平衡少子浓度，因区的平衡少子浓度，因 而使得而使得N区的电阻率下降，电导增加。区的电阻率下

31、降，电导增加。 1、PN结的电导调制效应（以结的电导调制效应（以P+N为例）为例） 7、PN结的动态特性结的动态特性 2021-6-3041 41 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 NP+ p x p 正偏正偏P+N结的结的N区少子电导调制效应的区少子电导调制效应的 载流子分布示意图载流子分布示意图 2021-6-3042 42 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 利用二极管正、反向电流相差悬殊

32、这一特利用二极管正、反向电流相差悬殊这一特 性，可以把二极管作开关使用。当开关性，可以把二极管作开关使用。当开关K打向打向A 时，二极管处于正向，电流很大，相当于接有负时，二极管处于正向，电流很大，相当于接有负 载的外回路与电源相连的开关闭合，回路处于接载的外回路与电源相连的开关闭合，回路处于接 通状态（开态）；若把通状态（开态）；若把K打向打向B，二极管处于反，二极管处于反 向，反向电流很小，相当于外回路的开关断开，向，反向电流很小，相当于外回路的开关断开， 回路处于断开状态（关态）。回路处于断开状态（关态）。 2021-6-3043 43 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理

33、论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 在开态时，流过负载的稳态电流为在开态时，流过负载的稳态电流为I1 L J R VV I 1 1 V1为外加电源电压，为外加电源电压，VJ 为二极管的正向压降，对为二极管的正向压降，对 硅管硅管VJ约为约为0.7V，锗管，锗管VJ 约为约为0.3V，RL为负载电为负载电 阻。通常阻。通常VJ远小于远小于V1，所，所 以上式可近似写为以上式可近似写为 L R V I 1 1 在关态时，流过在关态时，流过 负载的电流就是负载的电流就是 二极管的反向电二极管的反向电 流流IR。 2021-6-3044 44 2021

34、-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 把二极管作为开关使用时，若回把二极管作为开关使用时，若回 路处于开态，在路处于开态，在“开关开关”（即二极管）（即二极管） 上有微小压降；当回路处于关态时，上有微小压降；当回路处于关态时， 在回路中有微小电流，这在回路中有微小电流，这与一般的机与一般的机 械开关有所不同械开关有所不同。 2021-6-3045 45 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 LP 贮存电荷Q

35、载 流 子 浓 度 x 电荷的贮存效应电荷的贮存效应 PNPN结由正偏突然转为反结由正偏突然转为反 偏时，在偏时，在N N区正向偏压区正向偏压 下积累的非平衡载流子下积累的非平衡载流子 空穴将会首先被空间电空穴将会首先被空间电 荷区中的强电场抽回荷区中的强电场抽回P P 区，形成很大的反向电区，形成很大的反向电 流流I IR R，直至额外空穴抽，直至额外空穴抽 到一定程度其值才开始到一定程度其值才开始 下降，又经过一段时间下降，又经过一段时间 才达到反向饱和电流值才达到反向饱和电流值 是是 P+N 2、关断过程、关断过程 2021-6-3046 46 2021-6-30 单元单元1 1 半导体

36、器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 存储时间存储时间ts：反向：反向 电流基本不变电流基本不变 下降时间下降时间tf：电流：电流 由由IR降至降至0.1IR所所 经历的时间经历的时间 反向恢复时间：反向恢复时间： toff= ts + tf 注意：在存储时间以注意：在存储时间以 内，结电压仍为正值内，结电压仍为正值 2021-6-3047 47 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 设由设由P+P+区通过空间电荷区注入区通过空间电荷区注入N

37、 N区的空穴数目在时刻区的空穴数目在时刻 t t为为N NP P（t t），单位时间内因复合而在），单位时间内因复合而在N N区消失的空穴区消失的空穴 数在时刻数在时刻t t时为时为N NP P（t t）/p/p，而单位时间内积累在，而单位时间内积累在N N 区中的空穴数目在时刻区中的空穴数目在时刻t t时则可用时则可用N NP P（t t）随时间改）随时间改 变的微分速率变的微分速率d Nd NP P（t t）/dt/dt来表示。来表示。 正向电流瞬态值：正向电流瞬态值： dt tdQtQ dt tdNtN qtI p p p p p )()( )()( )( 若稳定状态时，正向电流为若稳定

38、状态时，正向电流为IF，N区正电荷总量为区正电荷总量为QP 则：则： pFp IQ 2021-6-3048 48 2021-6-30 单元单元1 1 半导体器件的理论基础半导体器件的理论基础 常州信息职业技术学院 新新 型型 功功 率率 器器 件件 R F ps sp p RFpRpp RFp Fppp p Rpp P p P R I I t tQ， t IIItQ N IIC ，IQQC t CIt：Q dt tdQtQ I 1ln , 0)( exp)( )0( exp)( )()( 则存储时间为 即为零始衰减时存储电荷总量若近似认为反向电流开 偏后随时间衰减的规律区存储的空穴总量在反代入上式得 其值为定出由初始条件式中常数 其解为 列方程反向电流瞬态值满足下 2021-6-3049 49 2