第九节-结电容

内容PN结的形成及能带图像PN结的特性PN结的电流-电压特性PN结的电容-电压特性pn结电容简述突变结的电容电压特性线性缓变结的势垒电容扩散电容pn结电容简述pn结的整流特性的频率响应电容：描述电子系统电荷存储能力的物理量C=DQ/DV,C=dQ/dV,pn结电容效应的来源：空间电荷耗尽区的电容CT；外加偏压下扩散区的非平衡载流子注入引起的电容CD；势垒电容CT正偏压：扩散作用增强，空间电荷区减小；负偏压：漂移作用增强，空间电荷区增大；势垒区空间电荷的变化引起的电容称为势垒电容；p区n区

-+p区n区

-+p区n区

-+平衡正偏压负偏压外加偏压作用下扩散、漂移运动的竞争作用导致空间电荷区的变化扩散电容正向偏压下，扩散区非平衡载流子数目随外加偏压增强而增加；由扩散区非平衡载流子电荷引起的电容称为扩散电容DpDnp区n区

V1V2V1>V2正向偏压下扩散区的非平衡载流子分布Dpn(x)Dnp(x)突变结的电容电压特性突变结模型势垒区的电荷密度：势垒区宽度：----++++++势垒区pnN(x)NDNAr(x)qNDqNA++++++----杂质电荷密度xn-xp00电中性条件：例：

如pn结p区掺杂NA=1016cm-3；n区掺杂ND=1018cm-3；则：

xp=100xnxD=xp+xn≈xp势垒区主要在杂质浓度低的一端扩展：势垒区pn泊松方程：DV=-r/e;突变结势垒区的泊松方程：V（x）为势垒区内电势；积分得：边界条件：外加电势只降落于势垒区（耗尽层近似）因此：

ε(-xp)

ε(xn)

ε1(x)

ε2(x)----++++++pnεεmxn-xpεm=-qNAxp/ere0=qNDxn/ere0设p区中性区电势为0，则所以：电势分布：----++++++pnVxn-xpVDVDE突变结的势垒宽度接触电势差：所以：单边突变结如果pn结两边掺杂浓度相差较大，则VD，XD只由低掺杂一边的杂质浓度决定

例：p+n结：NA>>ND,xn>>xp,XD≈xn

例：p+n结：NA>>ND,xn>>xp,XD≈xn势垒高度也可以表达为：VD=

-εmXD/2经验公式（Si）：NB(cm-3)1014101510161017XD(mm)3.11.00.310.1VD=0.75eV非平衡态的pn结（外加电压）PN结的偏置电压：正向偏压：P区接正极；V>0;反向偏压：N区接负极;V<0;不同偏置电压下的pn结正向偏压：势垒减小势垒宽度减小反向偏压：势垒增大势垒宽度增大推广：外加偏压V势垒区压降：VD-V；则势垒宽度：势垒宽度随正向偏压增大而减小；随反向偏压增大而增大；p+n结pn+结突变结的势垒电容势垒区电荷：代入势垒区宽度：单位面积微分电容：设pn结面积为A，则势垒电容：对p+n或pn+结：突变结势垒电容影响因子：NB，A（控制电容）；随外加偏压变化：正偏压下势垒电容的修正(结电流贡献)：势垒电容和平行板电容的比较：XD随所加偏压变化；线性缓变结线性缓变结势垒电容势垒区电荷密度：aj：势垒区杂质浓度梯度；令xj=0，势垒区边界为：±XD/2求解泊松方程：一次积分ND-NAxxj线性缓变结＋＋＋＋＋＋——————边界条件：（耗尽层近似）势垒区电场：电场最大值：εx-XD/2XD/2εmε(x)继续积分：设x=0；V(0)=0；B=0势垒区电势：接触电势差：εx-XD/2XD/2εmVxVD/2EVD势垒宽度：外加偏压V：

接触电势差：

势垒区宽度：势垒区电量：电容：扩散电容n，p扩散区电量：DnDpp区n区

V1V2V1>V2扩散电容n，p扩散区电量：n，p扩散区电容总电容：pn结微分电容：p+n结的扩散电容：扩散电容公式只适用于低频情况；比较：CT，CD大正偏压：CD>CT；反向偏压：CT>CD；例：设Sipn结两边掺杂分别为Na=1016cm-3，Nd=1015cm-3，（ni=1.5×1010cm-3）1.求接触电势差VD。2.求势垒区宽度。3.求势垒区电场极大值。VD=0.635eV；XD=0.951mm；εm=-1.34×104V/cm例：一个pn结二极管在反向偏压为2V时电容为200pF，试问需要多大的反向偏压，才能使电容减小到100pF？（VD=0.85V）电容电压特性的应用单边突变结电容：电容电压曲线斜率：2/qesNB；截距：V=Vbi线性缓变结：CV特性测量杂质分布小电压作用下：带入：Cj=es/W得：变容器反向变压的势垒电容：n：灵敏度超突变结：n>1/2p+n结：ND(x)=B(x/x0)mPn结n型区电导率远高于p型区，则pn结电流主要是空穴电流还是电子电流？Pn结的接触电势差有无可能超过禁带宽度？为什么？画出pn结在均匀光照下的能带图