半导体器件物理课件第二章

1、第二章 P-N结1共一百零二页 引言(ynyn)PN结是几乎所有半导体器件的基本单元。除金属半导体接触器件外，所有结型器件都由PN结构成。PN结本身也是一种器件整流器。PN结含有丰富的物理知识，掌握PN结的物理原理是学习其它半导体器件器件物理的基础。由P型半导体和N型半导体实现冶金学接触（原子级接触）所形成的结构叫做PN结。任何两种物质（绝缘体除外(chwi)）的冶金学接触都称为结（junction）,有时也叫做接触（contact）。2共一百零二页 引言(ynyn)由同种物质构成的结叫做同质结（如硅），由不同种物质构成的结叫做异质结（如硅和锗）。由同种导电(dodin)类型的物质构成的结叫做

2、同型结（如P-硅和P-型硅、P-硅和P-型锗），由不同种导电类型的物质构成的结叫做异型结（如P-硅和N-硅、P-硅和N锗）。因此PN结有同型同质结、同型异质结、异型同质结和异型异质结之分。广义地说，金属和半导体接触也是异质结，不过为了意义更明确，把它们叫做金属半导体接触或金属半导体结（M-S结）。3共一百零二页 引言(ynyn)70年代以来，制备结的主要(zhyo)技术是硅平面工艺。硅平面工艺包括以下主要(zhyo)的工艺技术：1950年美国人奥尔（R.Ohl）和肖克莱(Shockley)发明的离子注入工艺。1956年美国人富勒（C.S.Fuller）发明的扩散工艺。1960年卢尔（H.H.L

3、oor）和克里斯坦森(Christenson)发明的外延工艺。1970年斯皮勒（E.Spiller）和卡斯特兰尼(E.Castellani)发明的光刻工艺。正是光刻工艺的出现才使硅器件制造技术进入平面工艺技术时代，才有大规模集成电路和微电子学飞速发展的今天。上述工艺和真空镀膜技术，氧化技术加上测试，封装工艺等构成了硅平面工艺的主体。4共一百零二页 氧化工艺：1957年人们发现硅表面的二氧化硅层具有阻止杂质向硅内扩散的作用。这一发现直接导致了硅平面工艺技术(jsh)的出现。 5在集成电路中二氧化硅薄膜的作用主要有以下五条：（1）对杂质扩散的掩蔽作用；（2）作为(zuwi)MOS器件的绝缘栅材料；

4、（3）器件表面钝化作用；（4）集成电路中的隔离介质和绝缘介质；（5）集成电路中电容器元件的绝缘介质。硅表面二氧化硅薄膜的生长方法： 热氧化和化学气相沉积方法。共一百零二页 扩散工艺：6由于热运动，任何物质都有一种(y zhn)从浓度高处向浓度低处运动，使其趋于均匀的趋势，这种现象称为扩散。常用扩散工艺：液态(yti)源扩散、片状源扩散、固-固扩散、双温区锑扩散。液态源扩散工艺：使保护气体（如氮气）通过含有扩散杂质的液态源，从而携带杂质蒸汽进入高温扩散炉中。在高温下杂质蒸汽分解，在硅片四周形成饱和蒸汽压，杂质原子通过硅片表面向内部扩散。共一百零二页 离子注入技术：将杂质元素的原子离化变成带电的杂

5、质离子，在强电场下加速，获得较高的能量（1万-100万eV）后直接轰击到半导体基片（靶片）中，再经过退火使杂质激活，在半导体片中形成(xngchng)一定的杂质分布。7 离子注入技术的特点：（1）低温；（2）可精确控制浓度和结深；（3）可选出一种元素注入，避免混入其它杂质(zzh)；（4）可在较大面积上形成薄而均匀的掺杂层；（5）控制离子束的扫描区域，可实现选择注入，不需掩膜技术；（6）设备昂贵。共一百零二页 外延(wiyn)工艺：8外延是一种薄膜生长工艺，外延生长是在单晶衬底上沿晶体原来(yunli)晶向向外延伸生长一层薄膜单晶层。外延工艺可以在一种单晶材料上生长另一种单晶材料薄膜。外延工艺

6、可以方便地形成不同导电类型，不同杂质浓度，杂质分布陡峭的外延层。外延技术：汽相外延、液相外延、分子束外延（MBE）、热壁外延（HWE）、原子层外延技术。共一百零二页 光刻工艺(gngy)：9光刻工艺是为实现选择掺杂、形成金属电极和布线，表面(biomin)钝化等工艺而使用的一种工艺技术。光刻工艺的基本原理是把一种称为光刻胶的高分子有机化合物（由光敏化合物、树脂和有机溶剂组成）涂敷在半导体晶片表面上。受特定波长光线的照射后，光刻胶的化学结构发生变化。如果光刻胶受光照（曝光）的区域在显影时能够除去，称之为正性胶；反之如果光刻胶受光照的区域在显影时被保留，未曝光的胶被除去称之为负性胶；共一百零二页

7、引言(ynyn)采用硅平面工艺制备(zhbi)PN结的主要工艺过程 (a)抛光处理后的型硅晶片(b)采用干法或湿法氧化 工艺的晶片氧化层制作 (c)光刻胶层匀胶及坚膜 （d)图形掩膜、曝光 (e)曝光后去掉扩散窗口胶膜的晶片（f)腐蚀SiO2后的晶片 n - Si光刻胶SiO2N+10共一百零二页 引言(ynyn) (g)完成(wn chng)光刻后去胶的晶片 (h)通过扩散（或离子注入）形成 P-N结(i)蒸发/溅射金属 （j） P-N 结制作完成 采用硅平面工艺制备结的主要工艺过程 P - SiN - SiSiO2N+11共一百零二页 引言(ynyn)突变(tbin)结与线性缓变结 （a）

8、突变结近似（实线）的窄扩散结（虚线）（b）线性缓变结近似（实线）的深扩散结（虚线）图 2.212共一百零二页 引言(ynyn) 突变(tbin)结： 线性缓变结：在线性区 13共一百零二页2.1 热平衡PN结14共一百零二页2.1 热平衡PN结 （a）在接触(jich)前分开的P型和N型硅的能带图 （b）接触(jich)后的能带图图2-315共一百零二页2.1 热平衡PN结（c） 与（b）相对(xingdu)应的空间电荷分布 图2-316共一百零二页2.1 热平衡PN结图2-4 单边突变(tbin)结 （a）空间电荷分布(fnb) （b）电场（c）电势图 单边突变结电荷分 布、电场分布、电 势

9、分布 17共一百零二页2.1 热平衡PN结18泊松方程(fngchng)中性区 内建电势差（2-1-7） （2-1-6） 边界区 宽度3特征(tzhng)长度（非本征德拜长度）共一百零二页2.1热平衡PN结解Poisson方程(fngchng)求解了PN结SCR内建电场、内建电势、内建电势差和耗尽层宽度： （2-1-16） （2-1-18） （2-1-17） （2-1-19） （2-1-20） 19共一百零二页2.2 加偏压(pin y)的 P-N 结20共一百零二页2.2 加偏压(pin y)的 P-N 结 2.2.1加偏压(pin y)的结的能带图 图2.5 单边突变结的电势分布（a）热平

10、衡，耗尽层宽 度为 W （b）加正向电压，耗尽 层宽度WW21共一百零二页2.2 加偏压(pin y)的 P-N 结2.2.1加偏压(pin y)的结的能带图 （c）加反向电压，耗尽层宽度WW 图2.5 单边突变结的电势分布22共一百零二页2.2 加偏压(pin y)的 P-N 结耗尽层宽度随外加反偏压变化(binhu)的实验结果与计算结果 23共一百零二页2.2 加偏压(pin y)的 P-N 结注入P+-N结的N侧的空穴及其所造成的电子(dinz)分布 24共一百零二页2.2 加偏压(pin y)的 P-N 结根据能带图分析了结的单向导电性： 正偏压V使得PN结N型中性区的费米能级相对于P

11、型中性区的升高qV。在P型中性区 。在空间电荷区由于n、pni，可以认为费米能级不变即等于 。在N型中性区 。同样，在空间电荷区，于是从空间电荷区两侧开始(kish)分别有一个费米能级从 逐渐升高到 和从 逐渐下降到 的区域。这就是P侧的电子扩散区和N侧的空穴扩散区（以上分析就是画能带图的根据）。 25共一百零二页2.2 加偏压(pin y)的 P-N 结 在电子扩散区和空穴扩散区， 不等于常数，必有电流产生，由于 ，电流沿x轴正方向，即为正向电流。又由于在空间电荷区边界注入的非平衡少子浓度很大，因此在空间电荷区边界电流密度也很大(J ) 离开空间电荷区边界随着距离的增加注入的非平衡少子浓度越

12、来越小（e指数(zhsh)减少），电流密度也越来越小。 反偏压- 使得PN结N型中性区的费米能级相对于P型中性区的降低q 。扩 散区费米能级的梯度小于零，因此会有反向电流产生。由于空间电荷区电场的抽取作用，在扩散区载流子很少， 很小，因此虽然有很大的 费米能级梯度，电流却很小且趋于饱和。26共一百零二页2.2 加偏压(pin y)的 P-N 结根据载流子扩散与漂移的观点分析了结(lioji)的单向导电性： 正偏压使空间电荷区内建电势差由 下降到 -V打破了PN结的热平衡，使载流子的扩散运动占优势即造成少子的正向注入且电流很大。反偏压使空间电荷区内建电势差由 上升到 +V同样打破了PN结的热平衡

13、，使载流子的漂移运动占优势这种漂移是N区少子空穴向P区和P区少子电子向N区的漂移，因此电流是反向的且很小。在反偏压下，耗尽层宽度为 （2-2-1） 27共一百零二页2.2 加偏压(pin y)的 P-N 结内建电势差 给出了结边缘的少数载流子浓度： （2-2-11） 和 （2-2-12）在注入载流子的区域，假设电中性条件完全(wnqun)得到满足，则少数载流子由于被中和，不带电，通过扩散运动在电中性区中输运。这称为扩散近似。于是稳态载流子输运满足扩散方程 。28共一百零二页2.3 理想P-N结的直流电流-电压(diny)特性29共一百零二页2.3 理想(lxing)P-N结的直流电流-电压特性

14、 理想的P-N结的基本假设及其意义外加电压全部降落在耗尽区上，耗尽区以外的半导体是电中性的，这意味着忽略中性区的体电阻和接触电阻。 均匀掺杂。空间电荷区内不存在(cnzi)复合电流和产生电流。小注入，即 和 半导体非简并 30共一百零二页2.3 理想(lxing)P-N结的直流电流-电压特性 正向偏压(pin y)情况下的的P-N结 图2-8 正向偏压情况下的的P-N结（a）少数载流子分布（b）少数载流子电流（c）电子电流和空穴电流31共一百零二页2.3 理想(lxing)P-N结的直流电流-电压特性反向偏压(pin y)情况下的的P-N结（a）少数载流子分布（b）少数载流子电流（c）电子电流

15、和空穴电流图2-9 反向偏压情况下的的P-N结 32共一百零二页2.3 理想(lxing)P-N结的直流电流-电压特性稳态PN结二极管中载流子分布满足扩散方程(fngchng)。 解扩散方程求得满足边界条件的解 （N侧空穴分布） （2-3-4） 对于长二极管，上式简化为 P-N结P侧的电子分布为 （2-3-5） （2-3-11） 33共一百零二页2.3 理想(lxing)P-N结的直流电流-电压特性电流分布：少子(sho z)注入引起的电流常称为扩散电流。在长二极管中空穴电流分布为： （2-3-9）电子电流分布为： （2-3-11）其中（2-3-14）（2-3-8）34共一百零二页2.3 理想

16、(lxing)P-N结的直流电流-电压特性电流电压公式(gngsh)（Shockley公式） PN结的典型电流电压特性 （2-3-16） （2-3-1） 35共一百零二页2.3 理想(lxing)P-N结的直流电流-电压特性PN结饱和电流的几种(j zhn)表达形式： （1） （2-3-18）（2） （2-3-19）（3） （2-3-20）（4） （2-3-21） 36共一百零二页练习(linx)：1、施加正偏电压时，求pn结空间电荷区边缘处的少子空穴浓度。 考虑T=300K时的硅pn结，ni=1.51010cm-3。氮掺杂浓度为11016cm-3。正偏电压为Va=0.60V。计算空间电荷区边

17、缘的少子空穴浓度。2、设计一个pn结二极管，以在给定的正偏电压下产生(chnshng)以下的电子和空穴电流密度。 Va=0.65V时，Jn=20A/cm2， Jp=5A/cm2 考虑T=300K时的硅pn结，具体参数如下： Na=Nd=1016cm-3 ni=1.51010cm-3 Dn=25cm2/s p0= n0=510-7s Dp=10cm2/s r=11.7共一百零二页2.4空间电荷区的复合电流(dinli)和产生电流(dinli)38共一百零二页2.4空间电荷区的复合(fh)电流和产生电流 图2-11 衬底掺杂浓度(nngd)为1016cm3的硅扩散结的电流电压特性39低偏压：空间电

18、荷区的复合电流占优势 偏压升高： 扩散电流占优势 更高偏压： 串联电阻的影响出现了 共一百零二页2.4空间电荷区的复合电流(dinli)和产生电流(dinli)空间电荷区复合电流与非平衡载流子注入引起的扩散(kusn)电流的比较： 对于P+-N结，把扩散电流记为， 而 于是 上式表明，若 越小，电压愈低，则势垒区复合电流的影响愈大。 40共一百零二页2.4空间电荷区的复合(fh)电流和产生电流概念 空间电荷区正偏复合电流 空间电荷区反偏产生(chnshng)电流 式中W为空间电荷区宽度，U为空间电荷区载流子通过复合中心复合的复合率， G为空间电荷区载流子产生率。 41共一百零二页2.4空间电荷

19、区的复合电流(dinli)和产生电流(dinli)空间电荷区载流子通过复合中心复合的最大复合率条件(tiojin)： 正偏复合电流和反偏产生电流分别为： 由于空间电荷层的宽度随着反向偏压的增加而增加因而反向电流是不饱和的。最大复合率为:42共一百零二页2.5 隧道(sudo)电流43共一百零二页2.5隧道(sudo)电流 产生隧道(sudo)电流的条件（1）费米能级位于导带或价带的内部；（2）空间电荷层的宽度很窄，因而有高的隧道穿透几率；（3）在相同的能量水平上在一侧的能带中有电子而在另一侧的能带中有空的状态。当结的两边均为重掺杂，从而成为简并半导体时，（1）、（2）条件满足。外加偏压可使条件

20、（3）满足。 44共一百零二页EFnEFpEFnEFpEFnEFpEFnEFpEFnEFp共一百零二页2.5 pn结中的隧道(sudo)电流共一百零二页2.5隧道(sudo)电流简化的隧道穿透(chun tu)几率是（2-5-1） （2-5-2） 把式（2-5-2）代入（2-5-1）得到 则隧道电流可为式中 为隧道电子的速度。 47图2-13 对应于图2-12正偏 压隧道结的势垒共一百零二页2.5隧道(sudo)电流若掺杂密度稍予减少，使正向隧道电流可予忽略，电流电压曲线则将被改变成示于图2-14b中的情形。这称为(chn wi)反向二极管。 （a）江崎二极管 电流-电压特性（b）反向二极管

21、电流-电压特性图2-1448共一百零二页2.5隧道(sudo)电流隧道二极管的特点和应用上的局限性（1）隧道二极管是利用多子的隧道效应工作的。由于单位时间内通过结的多数 载流子的数目起伏较小，因此隧道二极管具有较低的噪声。（2）隧道结是用重掺杂的简并半导体制成，由于温度对多子的影响(yngxing)小，使隧道二 级管的工作温度范围大。（3）由于隧道效应的本质是量子跃迁过程，电子穿越势垒极其迅速，不受电子 渡越时间的限制，因此可以在极高频率下工作。这种优越的性能，使隧道 二级管能够应用于振荡器，双稳态触发器和单稳多谐振荡器，高速逻辑电 路以及低噪音微波放大器。 由于应用两端有源器件的困难以及难以

22、把它们制成集成电路的形式，隧道二 极管的利用受到限制 。49共一百零二页2.5隧道(sudo)电流小结 产生(chnshng)隧道电流的条件：（1）费米能级位于导带或价带的内部；（2）空间电荷层的宽度很窄，因而有高的隧道穿透几率；（3）在相同的能量水平上在一侧的能带中有电子而在另一侧的能带中有空的 状态。 当结的两边均为重掺杂，从而成为简并半导体时，（1）、（2）条件满足。外加偏压可使条件（3）满足。 画出了偏压变化的能带图并根据能带图解释了隧道二级管的IV曲线。50共一百零二页2.5隧道(sudo)电流小结分析了隧道二级管的特点和局限性：（1）隧道二极管是利用多子的隧道效应工作的。由于单位时

23、间内通过结的多数 载流子的数目起伏较小，因此隧道二极管具有较低的噪声。 （2）隧道结是用重掺杂的简并半导体制成，所以温度对多子的影响小，使隧 二级管的工作温度范围大。（3）由于隧道效应的本质是量子跃迁过程，电子穿越势垒极其迅速，不受电子 渡越时间的限制，因此可以在极高频率下工作。这种优越的性能，使隧道 二级管能够应用(yngyng)于振荡器，双稳态触发器和单稳多谐振荡器，高速逻辑电 路以及低噪声微波放大器。 由于应用两端有源器件的困难以及难以把它们制成集成电路的形式，隧道二 极管的利用受到限制。 51共一百零二页2.6 I-V特性的温度依赖(yli)关系52共一百零二页2.6 I-V特性的温度

24、依赖(yli)关系当P-N结处于(chy)正向偏置时 （2-4-7）式中 随温度的增加而迅速增加，可见在高于室温时，不太大的正偏压（0.3V）就使 占优势。 有 （2-3-16） （2-3-18） （2-4-5） （2-4-7） 53共一百零二页2.6 I-V特性(txng)的温度依赖关系当P-N结处于(chy)反向偏置时， ， （2-6-2） 随着温度增加， 增大，也是扩散电流占优势。 偏压情况下，二极管 特性的温度效应： 相对来说，括号内的参量对温度变化不灵敏。 （2-6-3） 54共一百零二页2.6 I-V特性的温度(wnd)依赖关系式（2-6-3）对T求导，所得(su d)的结果除以

25、，得到（2-6-4） 在正向偏置情况下，取 ，导出 （2-6-5） （2-6-6） 将（2-6-4）式代入（2-6-5）和（2-6-6）式中，得到 和（2-6-7） （2-6-8） 55共一百零二页在正向偏置情况下取又 代入上式得 类似(li s)地得到56共一百零二页2.6 I-V特性(txng)的温度依赖关系硅二极管正向和反向两种偏压(pin y)下的温度依赖关系示于图2-15和图2-16中 图2-15硅平面二极管电流电 压特性的温度效应图2-16在硅PN结二极管中反 向饱和电流与温度的关系57共一百零二页2.6 I-V特性的温度依赖(yli)关系小结 讨论了PN结IV特性的温度依赖关系(

26、gun x)即温度对IV特性的影响根据公式反向电流随温度升高而增加。 给定电压，电流随温度升高而迅速增加。对于硅二极管，在室温（300K）时，每增加 ，电流约增加1倍。 结电压随温度线性地减小，对于硅二极管，系数约为 。 结电压随温度变化十分灵敏，这一特性被用来精确测温和控温。 58共一百零二页2.7 耗尽层电容，求杂质分布(fnb)和变容二极管59共一百零二页2.7 耗尽层电容，求杂质分布(fnb)和变容二极管 耗尽层电容(dinrng) （2-7-1）（2-7-2）（2-7-3）C称为过渡电容或耗尽层电容有时亦称为势垒电容： PN结空间电荷区空间电荷随外加偏压变化所引起的电容。 常用 关系

27、： （2-7-7）60共一百零二页2.7 耗尽层电容，求杂质分布(fnb)和变容二极管1、根据该图中的直线(zhxin)斜率可以计算出施主浓度。2、使直线外推至电压轴可求出自建电压。在截距处 61 图2-17NP-+二极管的电容-电压（C-V）特性 21C 0y RV 图2-18 NP-+结的n侧的任意杂质分布 x ()xN ()WN W dW 共一百零二页2.7 耗尽层电容(dinrng)，求杂质分布和变容二极管求杂质分布 在杂质分布未知的P-N结中，可以利用(lyng)电容电压曲线描绘出轻掺杂一边的杂质分布。此称求杂质分布。看图2.18所示未知杂质分布： （2-7-8）式中 是在空间电荷层

28、边缘 处的杂质浓度。由泊松方程，电场增量是与电荷增量之间具有如下关系： （2-7-9）电场增量与偏压增量具有如下关系： （2-7-10）62共一百零二页2.7 耗尽层电容(dinrng)，求杂质分布和变容二极管由（2-7-9）和（2-7-10）式得到(d do) （2-7-11）C即为过渡电容。 把上面式子代入（2-7-8）式并将结果重新整理得到（2-7-12）求杂质分布的程序： 63共一百零二页2.7 耗尽层电容，求杂质(zzh)分布和变容二极管杂质分布的程序：用（2-7-11）式求出以上不同反偏压下的空间电荷区宽度 ：画出 相对 的曲线。从此 曲线中取 并将其结果代入（2-7-12）式计算

29、出 。画出完整的杂质分布 。 注意：倘若出现(chxin)高密度的陷阱中心和界面态，如硅中掺金情形，前面的分析必须加以修正，以适应这些荷电的状态。 64在不同反偏压下测量电容：共一百零二页2.7 耗尽层电容，求杂质分布(fnb)和变容二极管由劳伦斯和沃纳用计算机算出的结果(ji gu)示于图2-19中。 65共一百零二页2.7 耗尽层电容，求杂质(zzh)分布和变容二极管由劳伦斯和沃纳用计算机算出的结果(ji gu)示于图2-19中。 66共一百零二页2.7 耗尽层电容，求杂质分布(fnb)和变容二极管例题 考虑在 的衬底上通过硼的两步扩散制成的 P-N结。硼的表面浓度为 ，结深为 。假设自建

30、电势为 ，求在 反偏压下的结电容。解：因为 ，以及 所以(suy)有 。 此外 利用图2-19b求出 67共一百零二页2.7 耗尽层电容，求杂质分布(fnb)和变容二极管 变容(bin rn)二极管 根据 （2-7-3） 可见反向偏置的P-N结可以作为电容使用在LC调谐电路中。专门为此目的制造的二极管称为变容二极管。 结型二极管的电容电压方程可写成 ：对于单边突变结， ，如式（2-7-3）中所表示。 68共一百零二页2.7 耗尽层电容，求杂质分布(fnb)和变容二极管包括一个P-N结电容的LC电路，其谐振频率(pnl)可表示为 在电路应用中，总是希望在谐振频率和控制电压之间有线性关系，也就是说

31、，要求 。（2-7-13）69共一百零二页2.7 耗尽层电容，求杂质(zzh)分布和变容二极管小结概念：耗尽层电容 ：PN结空间电荷随偏压变化引起的电容。 求杂质分布(fnb) 变容二极管给出了耗尽层电容公式。给出了求杂质分布的概念及求解程序。介绍了使用图表2-19求电容的方法。介绍了 变容二极管的应用及其设计原则。 70共一百零二页2.8小讯号交流(jioli)分析71共一百零二页2.8小讯号交流(jioli)分析 器件处理连续波时所表现出来的性能(xngnng)叫做器件的频率特性。 处理数字信号和脉冲信号时，在两个稳定状态之间往复跃变，跃变过程表现出来的特性称为开关特性或瞬变特性。 在小信

32、号工作时，信号电流与信号电压之间满足线性关系，从物理上说，就是器件内部的载流子分布的变化跟得上信号的变化。（2-8-1） 若外加交流信号电压 ，则满足小信号条件少子边界条件 N型中性区空穴分布写作 （2-8-3）在P-N结边缘N侧 处，由（2-2-12）式 （2-8-7）72共一百零二页2.8小讯号(xn ho)交流分析 对于(duy) 1 得到 式中 （2-8-9）（2-8-10）（2-8-11）少子的边界条件为: 73共一百零二页2.8小讯号(xn ho)交流分析交流少子连连续性方程(fngchng)： 在N型中性区，把空穴分布 （2-8-4）（2-8-5）代入连续性方程 式中（2-8-6

33、）得74共一百零二页2.8小讯号(xn ho)交流分析交流少子分布 N区空穴(kn xu)交流分量 （2-8-13）（2-8-14）对于长二极管（ ） 75（2-8-15）共一百零二页2.8小讯号(xn ho)交流分析 P区电子(dinz)交流分量 （2-8-16）（2-8-19）（2-8-17）76共一百零二页2.8小讯号(xn ho)交流分析交流(jioli)电流 （2-8-18）总的交流电流 而（2-8-20）77共一百零二页2.8小讯号(xn ho)交流分析二极管的交流导纳 二极管的交流导纳定义为交流电流(dinli)与交流电压之比： （2-8-21）（2-8-22）其中 为二极管正向

34、电流直流成分。 直流电导也叫做扩散电导，其倒数叫做PN结扩散电阻。 （2-8-23）是二极管 称为P-N结扩散电容。是正偏压下PN结存贮电荷随偏压变化引起的电容， 随直流偏压的增加而增加。所以，在低频正向偏压下，扩散电容特别重要。78共一百零二页2.8小讯号(xn ho)交流分析二极管的等效电路 在许多应用中，总是根据在使用条件下半导体器件各部分的物理作用，用电阻，电容，电流源和电压源等组成一定的电路来达到等效(dn xio)器件的功能。这种电路叫做等效电路。PN结小信号交流等效电路如图2-20所示。 图2-20 二极管等效电路79共一百零二页2.8小讯号交流(jioli)分析小结概念：交流导

35、纳 扩散电导 扩散电阻 扩散电容 等效电路解扩散方程求出了交流少子(sho z)分布、电流分布、交流电流。给出了二极管等效电路。 80共一百零二页2.9 电荷(dinh)贮存和反响瞬变 81共一百零二页2.9 电荷(dinh)贮存和反响瞬变 PN结二极管的开关作用：PN结二极管处于正向偏置(pin zh)时，允许通过较大的电流，处于反向偏置(pin zh)时通过二极管的电流很小，因此，常把处于正向偏置(pin zh)时二极管的工作状态称为开态，而把处于反向偏置时的工作状态叫作关态。可见结二极管能起到开关作用。 82共一百零二页2.9 电荷(dinh)贮存和反响瞬变 PN结的反向(fn xin)

36、瞬变 83共一百零二页2.9 电荷贮存(zhcn)和反响瞬变 PN结二极管的电荷贮存效应：PN结加一恒定的正向偏压时，载流子被注入并保持在结二极管中，在扩散区建立确定的非平衡(pnghng)少数载流子分布，这种现象称为电荷贮存效应。注入的载流子分布： 84共一百零二页2.9 电荷贮存(zhcn)和反响瞬变 85共一百零二页2.9 电荷贮存(zhcn)和反响瞬变 86共一百零二页2.9 电荷(dinh)贮存和反响瞬变 87共一百零二页2.9 电荷贮存(zhcn)和反响瞬变 88共一百零二页2.9 电荷(dinh)贮存和反响瞬变 89ts降低(jingd)共一百零二页2.9 电荷(dinh)贮存和反响瞬变 90共一百零二页2.10 P-结击穿(j chun) 91共一百零二页2.10 P-结击穿(j chun)PN结击穿：当加在PN结上的反偏压增加到一定数值，再稍微增加，PN结就会产生很大的反向电流。这种现象叫做结击穿。击穿过程并非具有破坏性的，只要最大电流受到限制，它可以长期地重复。击穿机制：齐纳击穿：齐纳提出在高电场下耗尽区的共价键断裂产生电子和空穴，即有些价电子通过量子力学的隧道效应从价带转移到导带，从而形成反向隧道电流。齐纳击穿发生在低电压情况下，比如硅PN结低于4伏特(ft)情况下发生的击穿。雪崩击穿：对于高电压击穿的