演示文稿结二极管课件

2.加正偏电压
势垒高度降低， n型一侧有更多的 电子越过势垒进入p区，形成净电 子扩散电流IN，同理可分析空穴形 成扩散电流IP。 流过pn结的总电流I=IN+IP。 因为势垒高度随外加电压线性下降， 而载流子浓度随能级指数变化，所 以定性分析可得出正偏时流过pn 结的电流随外加电压指数增加。
正偏时的能带/电路混合图
J
qVA
J s (e kT
ln( J ) ln( Js )
e kT
Va
(2)反向饱和电流
Js
( eDp Lp
ni2 Nd
Dn Ln
ni2 （) Ge管比硅管的饱和电流大106 倍） Na
Js
q Dp Lp
ni2（p n二极管） Nd
Js
q Dn Ln
ni2（pn二极管） Na
Figure 8.8
电子的扩散电流密度
J P (xn )
eDp
dpn
dx
eDp pn0
eVa
(e kT
1)
x xn
Lp
8.1.2 理想的电流-电压关系
J J (xp ) J (xn )
( eDp pn0
eDn
n
po
)(e
eVa kT
1)
ห้องสมุดไป่ตู้
Lp
Ln
eVa
J s (e kT 1)
Js
( eDp pn0 Lp
eDn n po Ln
3.反向偏置：
势垒高度变高，n型一侧几乎 没有电子能越过势垒进入p区， p区一侧有相同数目的电子进 入耗尽层扫入n区，形成少子 漂移流，同理n区的空穴漂移 形成IP，因与少子相关，所以 电流很小，又因为少子的漂移 与势垒高度无关，所以反向电 流与外加电压无关。
反偏时的能带/电路混合图
8.1.2 理想的电流-电压关系
)
随温度的升高，本征 载流子浓度升高，饱 和电流增加，二极管 的正向电流和反向电 流都会随温度增加而 升高。
8.1.2 理想的电流-电压关系
正偏时的过剩少子浓度分布
8.1.2 理想的电流-电压关系
电子电流和空穴电流的分布图
8.1.2 理想的电流-电压关系
8.1.2 理想的电流-电压关系
(1)正向偏置：
eDn
dnp (x)
dx
eDn n p 0
qVa
(e kT
1)
x x p
Ln
n区
扩散方程
0
DP
d 2pn
dx2
pn p
(x
xn )
边界条件
pn (x ) 0
p(xn )
ni2 Nd
eVa
(e kT
1)
通解
x
x
p(x) A1e LP A2e Lp
eVa
xn x
满足边界条件的特解 pn (x) pn0 (e kT 1)e LP
x
x
p(x) A1e LP A2e Lp
sinh[(xn Wn x)
eVa
pn (x) pn0 (e kT 1)
Lp ] sinh[Wn Lp ]
eVa
pn0 (e kT
1)( xn
Wn Wn
x)
J
P
(
xn
)
eDp
dpn
dx
x xn
eDp pn0 Wn
eVa
(e kT
1)
8.2 产生-复合流
Figure 8.3
8.1.2 理想的电流-电压关系
pn结定律：
EFn EFp
eVa
np ni2e kT ni2e kT
边界条件：在空间耗尽层边界：
e Va
np (xp ) p p (x p ) ni2e kT
np (xp )
ni2 Na
e Va
e kT
e Va
np0e kT
eVa
nn (xn ) pn (xn ) ni2e kT
理想电流-电压方程与小注入下Ge p-n结的实验结果符合较好， 与Si和GaAs p-n结的实验结果偏离较大。 实际p-n结的I-V特性： （1）正向电流小时，实验值远大于理论计算值，曲线斜率q/2kT （2）正向电流较大时，理论计算值比实验值大（c段） （3）正向电流更大时，J-V关系不是指数关系，而是线性关系 （4）反向偏压时，实际反向电流比理论计算值大得多，而且
pn (x ) 0
P区
扩散方程
0
Dn
d 2np
dx2
np n
(x
xp)
边界条件
np (x ) 0
eVa
np (xp ) np0 (e kT 1)
通解
x
x
np (x) A1e Ln A2e Ln
特解
eVa
xp x
np (x) np0 (e kT 1)e Ln
电子电流
Jn
(x p )
反向偏置下p-n结费米能级
短二极管
n区或p区的宽度远小于 少子的扩散长度的二极 管叫短二极管
P区的扩散方程，边界 条件和求解结果与前面 的完全一致。
n区
扩散方程 边界条件
通解
满足边界条件的特解
0
DP
d 2pn
dx2
pn p
(x
xn )
pn (xn Wn ) 0
eVa
p(xn ) pn0 (e kT 1)
理想p-n结，满足以下条件的p-n结 （1）杂质分布为非简并掺杂的突变结
p=n0 -xp<x<xn （耗尽层近似） (x)= -qNA -xp<x<0
qND 0<x<xn （2）小注入条件：p区：n<<pp0
n区：p<<nn0 （3）pn结内电子电流和空穴电流为连续函数
pn结内的总电流处处相等（稳态）
（优选）结二极管课件
第八章pn结二极管
8.1 pn 结二极管的I-V特性 8.2 pn 结的小信号模型 8.3 产生-复合流（与理想I-V特性的偏离） 8.4 pn 结的击穿 8.5 pn结的瞬态特性 8.6 隧道二极管
8.1 pn 结电流
将二极管电流和器件内部的工作机理，器件参数 之间建立定性和定量的关系。 1.定性推导： 分析过程，处理方法 2.定量推导： 建立理想模型-写少子扩散方 程，边界条件-求解 少子分布函数-求扩散电流-结果分析。 3.分析实际与理想公式的偏差，造成偏差的原因
8.1.2 理想的电流-电压关系
(4) 忽略耗尽区内的产生与复合，即认为 电子、 空穴通过势垒区所需时间很短，来不及产生与 复合，故通过 势垒区的电子电流和空穴电流
为恒定值。
Figure 8.3
8.1.2 理想的电流-电压关系
方法步骤： （1）边界条件 （2）扩散方程 （3）求解方程得到少子分布函数表达式 （4）由少子分布函数求出流过pn结的电流
0偏
反偏
正偏
8.1 pn 结电流
1.热平衡状态
电子从n区扩散到p区需有足够 的能量克服“势垒”。只有少 数高能量的电子能越过势垒到 达P区，形成扩散流。
P区的电子到达n区不存在势垒， 但是少子，少数电子一旦进入 耗尽层，内建电场就将其扫进n 区，形成漂移流。
热平衡：电子的扩散流=漂移流
空穴的情况与电子类似
pn (xn )
ni2 Nd
eVa
e kT
eVa
pn0e kT
Figure 8.4
8.1.2 理想的电流-电压关系
（1）边界条件：
p区
eVa
np np (xp ) np0 np0 (e kT 1)
n p (x ) 0
n区
eVa
pn pn (xn ) pn0 pn0 (e kT 1)