第二章22非平衡PN结

一正向偏置及能带图外加正向偏压时，在势垒区产生一个外加电场，其方向与原来的自建电场方向相反，从而消弱了势垒区电场的强度。自建电场外加电场势垒高度下降至正向偏置PN结及其能带图减小的势垒高度允许多数载流子扩散通过PN结，以至形成了大的电流。称之为正向偏压，给PN结造成了低阻的通路。由于势垒区电场削弱，势垒区的空间电荷数量将减小，势垒宽度变窄。同时，势垒区两边的电势差降低，因此，非平衡PN结的能带相对于平衡PN结发生了变化。二反向偏置及能带图外加反向电压，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场，空间电荷区的宽度变宽。自建电场外加电场内电场对多子扩散运动的阻碍增强，增高的势垒阻挡载流子扩散，通过PN结的电流非常小，结的阻抗很高，PN结呈现高阻性。称为加反向电压，简称反偏。势垒高度上升至耗尽区的宽度变化为：耗尽区的宽度变化为：突变结线性缓变结耗尽区的宽度与外加反偏压的关系：三少数载流子的注入NPN区P区空穴：电子：P区N区扩散扩散在正偏时，电子从N区扩散（或注入）到P区，空穴从P区扩散到N区，这种现象称为PN结的正向注入效应。1、结边缘少子浓度（1）自建电势与平衡载流子浓度关系热平衡PN结电位差：脚标0表示热平衡状态nn0、np0

分别表示N侧和P侧热平衡时的电子浓度

pp0、pn0

分别表示P侧和N侧热平衡时的空穴浓度：热平衡时载流子浓度与势垒高度的关系同理：多数载流子pp0、nn0

分别代替Na、Nd（2）电势与载流子浓度关系正向偏压时：结电势nn、np

分别表示N侧和P侧空间电荷区边缘的电子浓度小注入时，N侧注入电子的浓度远小于nn0，因此，假设nn=nn0，则：同理：确定空间电荷区边缘少子浓度P侧空间电荷区边缘的电子浓度N侧空间电荷区边缘的空穴浓度np0

表示P侧热平衡时的电子浓度pn0

表示N侧热平衡时的空穴浓度正偏时：正偏时，外加电场与自建电场相反，空间电荷区被消弱，电子从N区扩散（或说注入）到P区，空穴从P区扩散到N区，导致P侧结边缘电子浓度大于平衡值：np>np0，N侧结边缘的空穴浓度大于平衡值：pn>pn0，这种现象称为正向注入效应。电子扩散空穴扩散npnp0pnpn0P区N区反偏时：外加电场与自建电场方向相同，空间电荷区电场加强，结边缘空间电荷区N区边界的空穴浓度低于平衡值：

pn<pn0，使得其边界附近的空穴就向空间电荷区扩散，而且一旦进入空间电荷区，就立即被电场扫向P区。同理，P区边界的电子浓度也低于平衡值：np<np0，使得其边界附近的电子就向空间电荷区扩散，而且一旦进入空间电荷区，就立即被电场扫向N区。这种现象称为反向少子抽取作用。pnnp少子空穴扩散少子电子扩散四空间电荷效应和扩散近似对于N侧，由于注入过量空穴的正电荷存在，建立起一瞬间电场。此电场吸引过量电子以中和注入的空穴，并使电中性得以恢复。可能有很高的过量载流子浓度而无显著的空间电荷区。1015+1012电场吸引过量电子以中和注入的空穴1012+105注入的空穴正偏时，注入的少数载流子是决定因素。多子处于被动的地位，只限于中和少子所引起的电场，可以忽略多子的影响。在注入载流子的区域，假设电中性条件完全满足，则少子就是仅存的一种类型载流子。这些载流子由于被中和，不带电，通过扩散运动在电中性区运输。这种处理方法称为扩散近似。扩散近似令：则空穴的连续性方程变为：同理，P侧电子的电流和连续性方程变为：0对于线性缓变结，耗尽层内空间电荷分布可表示为：式中，a为杂质浓度的斜率泊松方程改写为：则可以得到耗尽层的宽度和自建电势为：作业1、2解答线性缓变结的电场强度也是在P区和N区的交界面处最大，而边界处为零。与单边突变结不同的是，其正、负电荷区的宽度相等。即：xn=xp

=1/2

W解答：线性缓变结空间电荷区的电场和宽度为A.dx薄层内的空间电荷的总量

杂质浓度梯度，对线性缓变结是一常数)()(AqaxdxdxxAqNxdQ==空间电荷区内电场强度的增量为：求积分得到电场（1）电场电场强度分布：边界条件：缓变结的电场强度为抛物线分布，突变结的电场强度为线性分布，所以缓变结的最大电场强度比突变结要低，这对提高PN结的反向击