半导体物理_第八章

1、半导体物理_第八章 半导体物理_第八章 第八章 pn结与肖特基结二极管本章学习要点： 1.推导并把握抱负pn结二极管的电流-电压特 性特性方程； 2.把握抱负肖特基二极管的电流-电压特性方程 3.建立并把握pn结二极管的小信号等效电路模型 4.学会分析pn结二极管空间电荷区中的产生与 复合电流； 5.把握pn结二极管的击穿特性； 6.了解pn结二极管的开关特性。 半导体物理_第八章 8.2 pn结-抱负电流电压特性 推导抱负pn结电流-电压特性方程的四个基 本假设条件： (1)pn结为突变结，可以采纳抱负的耗尽层近 似，耗尽区以外为中性区； (2)载流子分布满意麦克斯韦-玻尔兹曼近似 (3)满

2、意小注入的条件； (4)通过pn结的总电流是一个恒定的常数；电 子电流和空穴电流在pn结中各处是一个连 续函数；电子电流和空穴电流在pn结耗尽 区中各处保持为恒定常数。 半导体物理_第八章 推导抱负pn结电流-电压特性时所用到的各种符号 半导体物理_第八章 当外加正向偏压va时，此电压主要降落在 势垒区上，pn结内建电场减弱。此时集中电流 与漂移电流之间的平衡被打破，集中电流为主， 形成少数载流子注入。 半导体物理_第八章 当外加正向偏置电压时，pn结中的势垒将 会降低，这时空穴就会从p型区集中至n型区， 成为n型区中的过剩少数载流子，同样电子也 会从n型区集中至p型区，成为p型区中的过剩 少

3、数载流子。 这些过剩少数载流子的漂移、集中和复合 过程依旧满意上一章中我们争论过的双极输 运方程。 半导体物理_第八章 1. 边界条件： 下图为热平衡状态下pn结的导带示意图，由pn 结内建势垒公式可得： 半导体物理_第八章 半导体物理_第八章 下图为pn结正偏时的能带图，pn结中的势垒 由vbi变为(vbi -va),和零偏时类似可得： 半导体物理_第八章 在小注入条件下，则有： 在正偏条件下，pn结内部势垒降低，消失少数 载流子电子的注入，p型区中的少数载流子电子 的浓度高于热平衡时的浓度。注入到p型区中的 电子还会进一步集中和复合，因此上式给出的实 际上是p型区中耗尽区边界处-xp的电子

4、浓度。 类似地，在正偏条件下，n型区中少子空穴的 浓度为： 半导体物理_第八章 注入到n型区中的空穴也会进一步集中和复 合，因此上式给出的实际上也是n型区中位于耗 尽区边界处xn的空穴浓度。 另外，上述边界条件虽然是依据pn结正偏条 件导出的，但是对于反偏状况也是完全适用的。 而且当反偏电压足够高时，耗尽区边界处的少 数载流子浓度基本为零。 半导体物理_第八章 少子注入 少子抽取 半导体物理_第八章 2. 少数载流子分布： 对于n型区中的过剩少数载流子空穴来说， 其双极输运方程为： 假设中性n型区和p型区中的电场为零，过 剩载流子的产生率为零，对于稳态情形，有： 半导体物理_第八章 半导体物理

5、_第八章 在上述两个方程中，第一项代表集中过程， 其次项代表复合过程，因此在pn结两侧的n型区 和 p型区中，过剩载流子既有集中，也有复合。 因此上述两个双极输运方程的解为： 半导体物理_第八章 在正偏状态下，pn结两侧总的少数载流子 浓度的边界条件为： 随着少子由空间电荷区边界向中性半导体区 域集中，它们还将不断地与多子复合. 半导体物理_第八章 假设pn结两侧中性区宽度足够宽，即wnlp, wpln,此即所谓的长二极管，在离开空间电荷 区足够远处，过剩少子浓度将趋于零. 应用上述边界条件可求得上式中的系数a、 b、c、d(其中a=d=0),由此得到方程 的解为： 半导体物理_第八章 半导体物理_第八章 3.抱负pn结电流 根据抱负pn结的第四个假设条件，正偏条 件下流过pn结的总电流可以表示为电子电流和 空穴电流两部分之和。 半导体物理_第八章 半导体物理_第八章 类似地，可以计算出耗尽区靠近p型区一侧边 界处电子的集中电流密度为： 在pn结正偏条件下