第二章-PN-结二极管演示教学
合集下载
第2章演示PPT课件
.
2
第2章 半导体二极管及其应用电路
2.1.2 二极管的伏安特性
－ U (BR) C
－ 3 0 IR C′
iV / m A
锗
B′ 15
B
10
5 O A′
0 .2 －5
A 0 .4 0 .6 0 .8
硅
uV / V
D
D′
( A )
.
3
第2章 半导体二极管及其应用电路
1.正向特性 二极管并不是只要处于正偏时它就导通。只有当正向电
V1
＋
＋
C RL uO
V2
－
(a)
uO
充电
a
放电 充电 放电
b
0
V1、V3 导通
四个V 均截止
V2 V4
导通
四个V 均截止
V1 V3
导通tBiblioteka (b).15
第2章 半导体二极管及其应用电路
（1）加入滤波电容后，输出电压的直流成份提高了，脉动成份降低了。
即滤波电容不仅是输出电压增大，而且使其变得平化。
.
5
第2章 半导体二极管及其应用电路
2.1.3 二极管的主要参数
1．最大整流电流IF
是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。使用时 正向平均电流不能超过此值，否则会烧坏二极管。
2．最大反向工作电压URM 最大反向工作电压URM 是指二极管正常工作时，所承受的最高
反向电压（峰值）。通常手册上给出的最高反向工作电压是击穿电 压的一半左右。
.
4
第2章 半导体二极管及其应用电路
3.反向击穿特性 二极管反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大
，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击穿 电压，用UBR表示，即CD(C′D′)段。
二极管及应用—PN结的形成及特性(电子技术课件)
3.PN结的电容效应
耗尽层
所以当PN结两端电压发生改变时，PN结上有一个微弱的电容效应，相当 于在单向导电的PN结上并联了一个很小的电容。
3.PN结的电容效应
耗尽层
这个电容叫PN结的结电容。
2.耗尽层
P型半导体 空穴 自由电子 N型半导体
空间电荷区——在交界面因扩散运动形成的这个特殊的带异性电荷的区域叫 做空间电荷区，也称为耗尽层。
3.内电场
内电场方向
P型半导体 空穴 自由电子 N型半导体
因扩散作用形成的空间电荷区，会产生一个由P区指向N区的内电场。多子 （空穴和自由电子）扩散进入到空间电荷区后，受到的电场力如图所示。
2.N型半导体的形成
加入+5价元素
+5
自由 电子
带正电 的杂质 离子
最外层的5个电子 与周围四个半导体原子 形成共价键时，多出一 个电子，从而会产生一 个自由电子和一个带正 电的杂质离子。
这样的掺杂半导体中，自由电子的数量就会大大高于空穴的数量，使导电 能力增强，这种半导体称为N型半导体。
2.N型半导体的形成
加入+3价元素
+3
带正电 的空穴
杂质原子中的空 位，容易吸引周边原 子最外层电子的填补
带负电杂 ，从而形成一个带负 质离子 电的杂质离子和一个
带正电的空穴。
这样的掺杂半导体中，空穴的数量就会大大高于自由电子的数量，使导电能 力增强，这种半导体称为P型半导体。
1.P型半导体的形成
加入+3价元素
+3
带正电 的空穴
2.PN结的反向连接 空间电荷区在外电场的作用下，会被进一步拉宽（变宽）
2.PN结的反向连接
由于空间电荷区中没有能自由移动的电荷，所以呈现绝缘体的特性，此时 的PN结不导电，回路中电流几乎为零。
第2章_2_PN结
2.反向偏压作用 2.反向偏压作用
外加偏压几乎全落在空 间电荷区上. 间电荷区上.方向与空间 电荷区内建电场一致, 电荷区内建电场一致,使 空间电荷区变宽，相应 势垒高度也由qV 势垒高度也由qVD增至 q(VD+V)。 +V)。 由于电场增强，加强了 载流子的漂移运动，打 破了原先已达成的扩散 电流和漂移运动之间的 平衡。
2.3.4 pn结电容 pn结电容
PN结在交流条件下呈现出电容效应，限制了PN PN结在交流条件下呈现出电容效应，限制了PN 结的高频应用。
1. pn结势垒电容 pn结势垒电容
（1）pn结势垒电容定性分析 pn结势垒电容定性分析 随着外界电压的变化，出现了载流子电荷在势垒 区中的存入和取出，此现象相当于一个电容的充 放电。这种与势垒区相联系的电容称为势垒电容， 记为C 记为CT。势垒电容大小与结上所加直流偏压有关， 是一个可变电容。 dQ CT = dV
由于少子浓度很低，扩散长度为一定值， 所以当反偏时空间电荷区边界处少子梯度 较小，相应的反向电流也小。 当反向电压很大时，空间电荷区边界处少 子浓度趋于零后不再变化，该处少子浓度 梯度趋于常数，电流就基本保持不变。 所以PN结反偏时表现为电流较小，而且随 所以PN结反偏时表现为电流较小，而且随 外加电压的增加电流趋于饱和。
I = A(
qDnnp0 Ln
qDPP 0 kT n + )(e −1) = IS (ek pn结饱和电流 Np0和pn0分别为P区和N区平衡时的少子电子浓度和 分别为P区和N 少子空穴浓度。 Ln 和 Lp分别为电子和空穴的扩散长度。
Ln = Dnτ n
PN结在平衡状态下，在N型半导体中电子是多子， PN结在平衡状态下，在N 空穴是少子，在P 空穴是少子，在P型半导体中空穴是多子，电子 是少子 当形成PN结后，其交界面两侧的电子和空穴浓度 当形成PN结后，其交界面两侧的电子和空穴浓度 存在较大差异，这就导致P型区的空穴向N 存在较大差异，这就导致P型区的空穴向N型区扩 散，N型区的电子向P型区扩散。P 散，N型区的电子向P型区扩散。P区边界处因只 剩下失去了空穴的离化受主杂质而带负电，N 剩下失去了空穴的离化受主杂质而带负电，N区 边界处因只剩下失去了电子的离化施主杂质而带 正电，这些离化的杂质位于晶格之中不能运动， 它们就在P 它们就在P 结附近形成了一个带电区域，称为空 间电荷区。
第2讲 二极管及其应用
向击穿电压幅值越高。
uD
u D uT
e uT 1
iD IS
1.3.3 二极管的参数
1．最大正向平均I F电流 指的是二极管长期工作时所允许通过的最大正向平均电流，
2．也反称向为击最穿U大BR 整流电流。 电指压的是二极管能够承受的最大反向电压，该参数为二极管
3．的反极向限饱参数I S，当二极管所承受的反偏电压超过此参数时， 和二电该极流参管数极是易在击常穿温损条坏件。下，给二极管施加一定的非击穿反偏
反曲向线漏②电为流锗较二小极。管的伏安
特性
图1-15 二极管的 伏安特性
正偏导通后的管压降约为 0.2V到0.3V左右；
反向漏电流较大。
温度对二极管伏安特性的影 响
曲线①对应的温度为t1，曲 线②对应的温度为t2，并且 t1<t2
当二极管正偏时，温度升
高二极管的死区电压减小，
管压降相同时温度越高产
22
U2
0.9U 2
负载平均电流
I oa
U oa RL
22
U2 RL
0.9 U 2 RL
二极管实际所承受反向2电2压U 2
单相全波整流滤波电路
图1-28 单相全波整流滤 波电路
当满足 RLC ( 3 ~ 5)T ，输出电压平均值可以按照 下式估算
Uoa 1.2U2
3. 单相桥式整流
图1-29 单相桥式整流电
图1-19 上限 幅电路
图1-20 上限 幅波形
2. 下限幅电路
图1-21 下限幅 电路
图1-22 下限幅波形
3. 双向限幅电路
图1-23 双向限幅电路
图1-24 双向限幅波形
1.4.2 整流与滤波
第二章 PN结二极管
0.0025
0.002
J( t )
0.0015
δpn ( x) ≅ pn 0 exp a − 1 kT
eV
xn + Wn − x Wn
0.001 5 .10
4
eD p pn 0 eVa exp J p ( x) = −1 W p kT
） 正 向 偏 压
Ec EFn Ev
eVbi
Ec
e
EFi EFp Ev
e(Vbi − Va )
h
I
电 恙 → 电 电流
I =0
→
恙电流
2.1.2 理想模型
+ Va -
1、耗尽层突变近似
—耗尽层以外地方为平衡半导体
W
P区
−−−|+++ −−−|+++ −−−|+++ −−−|+++ −−−|+++ −−−|+++ −−−|+++
第二章 PN结二极管
PN结的电流 2.1 PN结的电流 2.1.1 定性描述 2.1.2 理想模型 理想PN PN结电流 2.2 理想PN结电流 2.2.1 少数载流子分布 2.2.2 理想PN结电流 2.2.3 温度效应和短二极管 2.3 交流小信号模型 2.3.1 扩散电阻 2.3.2 扩散电容 2.3.3 等效电路 产生2.4 产生-复合电流 2.4.1 反偏产生电流 2.4.2 正偏复合电流 2.4.3 总正偏电流 PN结的击穿 结的击穿* 2.5 PN结的击穿* 2.5.1 击穿机制 2.5.2 击穿电流和电压 二极管瞬态* 2.6 二极管瞬态* 2.6.1 关瞬态 2.6.2 开瞬态 隧道二极管* 2.7 隧道二极管*
PN结二极管课件黄秋柳PPT
广泛应用于自动控制电路 。
17
稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
当稳压二极管工作在反 向击穿状态下,工作电 流IZ在Izmax和Izmin之间 变化时,其两端电压近 似为常数
利用稳压二极管微小的电压变化引 起极大的电流变化的特点快速地把 变化的电压反馈到电压调节电阻上， 在稳压电路中串联一个合适的电压 调节电阻就可以把电压调节在需要 的值上。
i
稳定 电压 UZ
I z min
△I
u
I z ma x
△U
18
稳压二极管的主要 参数
(1) 稳定电压UZ —— 在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。 (2) 动态电阻rZ ——在规定的工作电流下，稳压值的微小变化与通过
二极管电流的变量的比值。 动态电阻值是衡量稳压管稳压能力的一个参数。稳压管的动态电阻 随工作电流大小而改变，工作电流越大，动态电阻越小，工作电流越小， 动态电阻越大。
③满足谐振条件
f=qc/2NL 表明谐振腔长度L和折射率N确定后，只有某些特定频率的光才能形成 光振荡，输出稳定的激光。
25
激光二极管结构及工作原理
当半导体的PN结加有正向电压时，注 入PN结附近的非平衡电子和空穴发生 复合——自发辐射。 当自发辐射所产生的光子通过半导体 时，经过已发射的电子—空穴对附近， 激励二者复合，产生新光子，这种光 子诱使已激发的载流子复合而发出新 光子——受激辐射。 如果注入电流足够大，则会形成和热 平衡状态相反的载流子分布，即粒子 数反转。 当有源层内的载流子在大量反转情况 下，少量自发辐射产生的光子由于谐 振腔两端面往复反射而产生感应辐射， 造成选频谐振正反馈，或者说对某一 频率具有增益。当增益大于吸收损耗 时，就可从PN结发出具有良好谱线的 26 相干光——激光
二极管知识教学PPT课件
19
工作条件 一般的普通二极管工作时需要加正偏电压，即二极管 的正极接电源的正极，二极管的负极接电源的负极。此 时，二极管导通，有电流流过二极管。但这个正向导通 也是有条件，只有给二极管的正向压降（二极管的正极 电压减去负极电压）大于或等于起始电压时，二极管才 能导通。 但有些特殊的二极管需要反向偏置才能正常工作，如稳 压二极管和变容二极管。
17
18
• 起始电压 • 利用我们推弹簧门的经验来说明这一问题，如果我们用力比较小，
就不能推开门。我们不断的加力，当力量达到一定程度时。们才 能被推开，把这个 刚刚能够把门打开的力叫做起始力，就像二极 管开始导通的起始电压一样，随着力量的加大，门的缝隙也越来 越大，但当力量大到一定地步时，门全部打开，门的缝隙也就不 会再加大了 • 二极管的工作也是一样，当二极管加上偏置电压，并且二极管两 端的电压达到一定值时，二极管开始导通，这个使二极管刚能导 通的电压叫起始电压。随着电压增加二极管的电流增大，但电压 达到一定程度时，二极管的电流基本不再上升。 • 二极管可由不同的半导体材料制成，不同二极管的起始电压不 同，一般来说，锗二极管的起始电压为0.15-0.3V左右，硅材料二 极管的起始电压为0.6-0.8左右。 • 在实际工作中，我们可以利用二极管起始电压的特性来判断二 极管的制造材料。
正向压降值在200左右时，为稳压二极管；快恢复二极管的两读数 都在200左右正常。
二极管的代换原则
1、主板上的二极管只要大小、模样相同即可代换，如红 色的玻璃管。
2、不同用途之间的二极管不能代用，硅二极管和锗二极 管之间也不能代用。
3、快恢复二极管中，RBYR1535、PBYR2045、 PBYR2545这三种型号可互换使用，其它要原型号代换。
工作条件 一般的普通二极管工作时需要加正偏电压，即二极管 的正极接电源的正极，二极管的负极接电源的负极。此 时，二极管导通，有电流流过二极管。但这个正向导通 也是有条件，只有给二极管的正向压降（二极管的正极 电压减去负极电压）大于或等于起始电压时，二极管才 能导通。 但有些特殊的二极管需要反向偏置才能正常工作，如稳 压二极管和变容二极管。
17
18
• 起始电压 • 利用我们推弹簧门的经验来说明这一问题，如果我们用力比较小，
就不能推开门。我们不断的加力，当力量达到一定程度时。们才 能被推开，把这个 刚刚能够把门打开的力叫做起始力，就像二极 管开始导通的起始电压一样，随着力量的加大，门的缝隙也越来 越大，但当力量大到一定地步时，门全部打开，门的缝隙也就不 会再加大了 • 二极管的工作也是一样，当二极管加上偏置电压，并且二极管两 端的电压达到一定值时，二极管开始导通，这个使二极管刚能导 通的电压叫起始电压。随着电压增加二极管的电流增大，但电压 达到一定程度时，二极管的电流基本不再上升。 • 二极管可由不同的半导体材料制成，不同二极管的起始电压不 同，一般来说，锗二极管的起始电压为0.15-0.3V左右，硅材料二 极管的起始电压为0.6-0.8左右。 • 在实际工作中，我们可以利用二极管起始电压的特性来判断二 极管的制造材料。
正向压降值在200左右时，为稳压二极管；快恢复二极管的两读数 都在200左右正常。
二极管的代换原则
1、主板上的二极管只要大小、模样相同即可代换，如红 色的玻璃管。
2、不同用途之间的二极管不能代用，硅二极管和锗二极 管之间也不能代用。
3、快恢复二极管中，RBYR1535、PBYR2045、 PBYR2545这三种型号可互换使用，其它要原型号代换。
半导体器件物理课件-pn结2
平衡p-n结：
载流子在内建电场的作用下，漂移运动和扩散运动相抵时，所达到 的动态平衡（p-n结的净电流为零）。
PN结
多子的扩散运动
少子的漂移运动
形成扩散电流 并增加空间电荷区的宽度
形成漂移电流 并减小空间电荷区的宽度
平衡时
空间电荷区的宽度也达到稳定，电流为零
平衡p-n结
PN结
2.1热平衡PN结
2.PN结空间电荷区的形成（热平衡系统划分）
x
y0
c （ ）
Na Nd
xn 电场分布、电势分布
PN结
2.1热平衡PN结
qN d d 2y 对N侧Poisson方程 做一次积分： 2 dx k 0 qN dy d ( x xn ) dx k 0 dy 0 x xn , 边界条件： dx x dy 应用 得： m 1 dx xn qN x m d n k 0
恒定费米能级的条件是由电子从N型 一边转移至P型一边，空穴则沿相反
p 型电中性区 边界层 边界层 n 型电中性区 耗尽区
方向转移实现的。电子和空穴的转移
在N型和P型各边分别留下未被补偿的 施主离子和受主离子。它们是荷电的，
固定不动的，称为空间电荷。空间电
荷存在的区域叫做空间电荷区。
（c） 与（b）相对应的空间电荷分布
PN结
引言
3.采用硅平面工艺制备PN结的主要工艺过程
光刻胶
N Si
N+
SiO 2
N Si
N+
N+
(a)抛光处理后的型硅晶片
紫外光
(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
PN结 PPT课件
将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂
成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一
个特殊的薄层
PN结
13
① 多子扩散运动形成空间电荷区
由于浓度差，电子和空穴都要从浓度高的区域向…
扩散的结果，交界面P区一侧因失去空穴而留下不
能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能
移动的正离子，这样在交界面处出现由数量相等的
(b)锗原子 简化模型
硅和锗都是四价元素,原子的最外层轨道上有四个
价电子。
4
1.本征半导体（纯净的半导体晶体）
点阵结构：每个原子周围有四个相邻的原子，原子 之间通过共价键紧密结合在一起。原子最外层的 价电子不仅围绕…两个相邻原子共用一对电子
硅 和 锗 的
晶 体 结 构 （ａ）点阵结构
（ｂ）共价键结构
a. 外加正向电压较小时，外电场不足以克服内 电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态 b. 正向电压大于“开启电压UON”后，i 随着 u 增大迅速上升。
19
P42
c. 外加反向电压时， PN结处于截止状态，反 向电流 IR 很小。 d. 反向电压大于“击穿电压U（BR）”时，反向 电流 IR 急剧增加。
5
热激发产生自由电子和空穴
室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚
成为自由电子，同时在 共价键中留下一个空位 这个空位称为“空穴” 。失去价电子的原子成 为正离子，就好象空穴 带正电荷一样。
在电子技术中,将空穴看 成带正电荷的载流子。
6
空穴运动 （与自由电子的运动不同）
有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补
(a)管芯结构图 (b)结构示意图 (c) 电路符号
第二讲 PN结和二极管
Βιβλιοθήκη 图1.1.13 扩散电容示意图
Back
Next
Home
小
结
本节主要介绍了以下基本内容： 本节主要介绍了以下基本内容： PN结形成 扩散、复合、空间电荷区（ 结形成： PN结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽 势垒区、阻挡层、内建电场）、 ）、动态平衡 层、势垒区、阻挡层、内建电场）、动态平衡 PN结的单向导电性 正偏导通、 结的单向导电性： PN结的单向导电性：正偏导通、反偏截止 PN结的特性曲线 结的特性曲线： PN结的特性曲线： 正向特性：死区电压、导通电压 正向特性：死区电压、 反向特性：反向饱和电流、 反向特性：反向饱和电流、温度影响大 击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、 击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、 热击穿（不可逆，造成器件损坏） 热击穿（不可逆，造成器件损坏） PN结的电容效应 势垒电容、 结的电容效应： PN结的电容效应：势垒电容、扩散电容 Back Home
VBR
Back
Next
Home
反向击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。 反向击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。 雪崩击穿：当反向电压增加时， 雪崩击穿：当反向电压增加时，空间电荷区的电场随之 增强，使通过空间电荷区的电子和空穴获得的能量增大， 增强，使通过空间电荷区的电子和空穴获得的能量增大， 当它们与晶体中的原子发生碰撞时， 当它们与晶体中的原子发生碰撞时，足够大的能量将导致 碰撞电离。而新产生的电子-空穴对在电场的作用下 空穴对在电场的作用下， 碰撞电离。而新产生的电子 空穴对在电场的作用下，同样 会与晶体中的原子发生碰撞电离，再产生新的电子-空穴对 空穴对， 会与晶体中的原子发生碰撞电离，再产生新的电子 空穴对， 形成载流子的倍增效应 当反向电压增加到一定数值时， 倍增效应。 形成载流子的倍增效应。当反向电压增加到一定数值时， 这种情况就象发生雪崩一样，载流子增加得多而快， 这种情况就象发生雪崩一样，载流子增加得多而快，使反 向电流急剧增加，于是导致了PN结的雪崩击穿 结的雪崩击穿。 向电流急剧增加，于是导致了 结的雪崩击穿。 齐纳击穿：齐纳击穿的机理与雪崩击穿不同。 齐纳击穿：齐纳击穿的机理与雪崩击穿不同。在较高的 反向电压作用下，空间电荷区的电场变成强电场， 反向电压作用下，空间电荷区的电场变成强电场，有足够 的能力破坏共价键， 的能力破坏共价键，使束缚在共价键中的电子挣脱束缚而 形成电子-空穴对 造成载流子数目的急剧增加， 空穴对， 形成电子 空穴对，造成载流子数目的急剧增加，从而导致 结的齐纳击穿。 了PN结的齐纳击穿。 结的齐纳击穿
Back
Next
Home
小
结
本节主要介绍了以下基本内容： 本节主要介绍了以下基本内容： PN结形成 扩散、复合、空间电荷区（ 结形成： PN结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽 势垒区、阻挡层、内建电场）、 ）、动态平衡 层、势垒区、阻挡层、内建电场）、动态平衡 PN结的单向导电性 正偏导通、 结的单向导电性： PN结的单向导电性：正偏导通、反偏截止 PN结的特性曲线 结的特性曲线： PN结的特性曲线： 正向特性：死区电压、导通电压 正向特性：死区电压、 反向特性：反向饱和电流、 反向特性：反向饱和电流、温度影响大 击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、 击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、 热击穿（不可逆，造成器件损坏） 热击穿（不可逆，造成器件损坏） PN结的电容效应 势垒电容、 结的电容效应： PN结的电容效应：势垒电容、扩散电容 Back Home
VBR
Back
Next
Home
反向击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。 反向击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。 雪崩击穿：当反向电压增加时， 雪崩击穿：当反向电压增加时，空间电荷区的电场随之 增强，使通过空间电荷区的电子和空穴获得的能量增大， 增强，使通过空间电荷区的电子和空穴获得的能量增大， 当它们与晶体中的原子发生碰撞时， 当它们与晶体中的原子发生碰撞时，足够大的能量将导致 碰撞电离。而新产生的电子-空穴对在电场的作用下 空穴对在电场的作用下， 碰撞电离。而新产生的电子 空穴对在电场的作用下，同样 会与晶体中的原子发生碰撞电离，再产生新的电子-空穴对 空穴对， 会与晶体中的原子发生碰撞电离，再产生新的电子 空穴对， 形成载流子的倍增效应 当反向电压增加到一定数值时， 倍增效应。 形成载流子的倍增效应。当反向电压增加到一定数值时， 这种情况就象发生雪崩一样，载流子增加得多而快， 这种情况就象发生雪崩一样，载流子增加得多而快，使反 向电流急剧增加，于是导致了PN结的雪崩击穿 结的雪崩击穿。 向电流急剧增加，于是导致了 结的雪崩击穿。 齐纳击穿：齐纳击穿的机理与雪崩击穿不同。 齐纳击穿：齐纳击穿的机理与雪崩击穿不同。在较高的 反向电压作用下，空间电荷区的电场变成强电场， 反向电压作用下，空间电荷区的电场变成强电场，有足够 的能力破坏共价键， 的能力破坏共价键，使束缚在共价键中的电子挣脱束缚而 形成电子-空穴对 造成载流子数目的急剧增加， 空穴对， 形成电子 空穴对，造成载流子数目的急剧增加，从而导致 结的齐纳击穿。 了PN结的齐纳击穿。 结的齐纳击穿
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
步骤： 求解“非少子”的扩散
方程 →求“非少子”浓度的
边界值 →求“非少子”浓度梯
度 →分别求电子、空穴的
扩散电流密度 →求PN结电流
2.1 直流特性
2.1 直流特性
PN结N区边界处少子扩散电流密度：
由：jp
qp0
Dp Lp
jp
q
pn0
exp
qV kT
1
Dp Lp
PN结P区边界处少子扩散电流密度：
（3）小电流下，正向电流比理论值大；要考虑势垒复合电流的 影响。
（4）大电流下，正向电流比理论值小，势垒区以外存在大注入 自建电场。 IF与 eqVF2KT成 正 比 。
（5）反向电流比理论值大；要考虑表面漏电流及势垒产生电流 JG的影响。
（6）当T升高时，JF增大，JR增大。
2.1 直流特性
2.1.6 大注入 1.大注入定义：正偏工作，注入载流子密度等于或
2.1.3 反向PN结 （1）反向PN结的少子抽取
反向电压使 势垒区宽度变宽 势垒高度变高
外加电场与内建电场方向相同
增强空间电荷区中的电场
破坏扩散漂移运动平衡
漂移运动强于扩散运动 抽取少子
Ln
Lp
2.1 直流特性
P区 jp
(2)反向PN结中载流子的运动
Ln
N区
jn Lp
2.1 直流特性
2.1.4 V-I 特性方程 一、理想PN结模型
空间电荷区中的电场减弱 破坏扩散与漂移运动间的 平衡
扩散运动强于漂移运动 注入少子 注入的少子边扩散边复合
2.1 直流特性
P区
（2）正向PN结中载流子的运动
电流在 N 型区中主要由电子携带
jn
电流在 P 型区中主要由空穴携带
Ln
通过 PN 结的电流存在电流载体 转换的现象
N区 jp
Lp
2.1 直流特性
2.2 频率特性和开关特性 小信号等效电路
2.3 PN结的电击穿
2.3.1 PN结击穿的含义
PN结反向电压超 过某一数值时，反向 电流急剧增加的现象 称为“PN结击穿”， 这时的电压称为击穿 电压（VR）
I
VR V
2.3 PN结的电击穿 2.3.2 产生击穿的机构
产生击穿的机制
雪崩效应
隧道效应
2.3 PN结的电击穿
二、隧道击穿 反向偏压升高 P区价带顶高于 N区导带底 当势垒区宽度较小 P区价带电子按一定几率穿透势垒到达N区导带 形成电子空穴对 这种效应称 “隧道效应”
EC P+区
EV
一般：
N+区
隧道击穿的电压较低， 如 Si PN 结，VB < 4.5 V
势 垒
雪崩击穿的电压较高， 如 Si PN 结，VB > 6.7 V
热效应
2.3 PN结的电击穿
一、雪崩击穿
PN结加大的反向偏压 载流子从电场获得能量 载流子与晶格碰撞 能量足够大时价带电子被激发到导带产生一对电子－空穴 新形成的电子、空穴被电场加速，碰撞出新的电子、空穴 载流子倍增
硅 PN 结发生雪崩击穿的电场强度为 105～106 V / cm 非破坏性可逆击穿
区
非破坏性可逆击穿
2.3 PN结的电击穿 三、热击穿 热损耗局部升温电流增加
破坏性击穿
习题
1.考虑T=300K时的单边P+N硅二极管，其掺杂浓度为 Na=1018cm-3.设计出该pn结使得VR=3.5V时， Cj=0.95pF。计算出VR=1.5V时的势垒电容。
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
第二章-PN-结二极管
2.1 直流特性 2.1.1 非平衡PN结
处于一定偏置状态下的PN结称为非平衡PN结。
当P区接电源的正极，N区接电源的负极，称为正向 PN结。反之，则称反向PN结。
2.1 直流特性
2.1.2、正向PN结 （1）少子注入 正向电压使 势垒区宽度变窄、
势垒高度变低 外加电场与内建电场方向相反
（1）小注入。即注入的非平衡少数载流子 浓度远低于平衡多子浓度,即掺杂浓度。
（2）外加电压全部降落在势垒区，势垒区 以外为电中性区。
（3）忽略势垒区载流子的产生-复合作用。 通过势垒区的电流密度不变。
（4）忽略半导体表面对电流的影响。 （5）只考虑一维情况。Fra bibliotek.1 直流特性
二.坐标 以xn、xp为坐标原点分 别建立坐标系。
同理：jn
qn0
Dn Ln
jn
qnP0
exp
qV kT
1
Dn Ln
2.1 直流特性
2.1 直流特性
肖克莱方程
I I0 eqVA /kT 1
I0
A
qDP Pn0 LP
qDnnp0 Ln
2.1 直流特性
单边结近似
对于P+N结 NA>>ND
IIPAqD L P P P n0eqV F/kTAq L D pN Pn D i2eqV F/kT
对于N+P结 ND>>NA
IInAqD L nn nP 0eqV F/kTAq L D nN nn A i2eqV F/kT
2.1 直流特性
2.1.5 V-I特性方程的讨论
（1） I I0 (e q V A /k T 1 ) I0 e q V A /k T
（2） W n=L pW p=L n IF A q D W P N P n 0 q D W n P n P 0 (e q V F /k T 1 )
大于平衡多子的工作状态。 2. 大注入效应： 内建电场，加速 电导调制效应
2.2 频率特性和开关特性 基本概念
➢
频率特性
➢
大信号工作
➢
小信号工作
2.2 频率特性和开关特性 PN结大信号工作特点：
ID-VA特性，CD-VA特性以及CT-VA特性都是非线性的
PN结小信号工作特点：
信号电流与信号电压之间满足线性变化关系
方程 →求“非少子”浓度的
边界值 →求“非少子”浓度梯
度 →分别求电子、空穴的
扩散电流密度 →求PN结电流
2.1 直流特性
2.1 直流特性
PN结N区边界处少子扩散电流密度：
由：jp
qp0
Dp Lp
jp
q
pn0
exp
qV kT
1
Dp Lp
PN结P区边界处少子扩散电流密度：
（3）小电流下，正向电流比理论值大；要考虑势垒复合电流的 影响。
（4）大电流下，正向电流比理论值小，势垒区以外存在大注入 自建电场。 IF与 eqVF2KT成 正 比 。
（5）反向电流比理论值大；要考虑表面漏电流及势垒产生电流 JG的影响。
（6）当T升高时，JF增大，JR增大。
2.1 直流特性
2.1.6 大注入 1.大注入定义：正偏工作，注入载流子密度等于或
2.1.3 反向PN结 （1）反向PN结的少子抽取
反向电压使 势垒区宽度变宽 势垒高度变高
外加电场与内建电场方向相同
增强空间电荷区中的电场
破坏扩散漂移运动平衡
漂移运动强于扩散运动 抽取少子
Ln
Lp
2.1 直流特性
P区 jp
(2)反向PN结中载流子的运动
Ln
N区
jn Lp
2.1 直流特性
2.1.4 V-I 特性方程 一、理想PN结模型
空间电荷区中的电场减弱 破坏扩散与漂移运动间的 平衡
扩散运动强于漂移运动 注入少子 注入的少子边扩散边复合
2.1 直流特性
P区
（2）正向PN结中载流子的运动
电流在 N 型区中主要由电子携带
jn
电流在 P 型区中主要由空穴携带
Ln
通过 PN 结的电流存在电流载体 转换的现象
N区 jp
Lp
2.1 直流特性
2.2 频率特性和开关特性 小信号等效电路
2.3 PN结的电击穿
2.3.1 PN结击穿的含义
PN结反向电压超 过某一数值时，反向 电流急剧增加的现象 称为“PN结击穿”， 这时的电压称为击穿 电压（VR）
I
VR V
2.3 PN结的电击穿 2.3.2 产生击穿的机构
产生击穿的机制
雪崩效应
隧道效应
2.3 PN结的电击穿
二、隧道击穿 反向偏压升高 P区价带顶高于 N区导带底 当势垒区宽度较小 P区价带电子按一定几率穿透势垒到达N区导带 形成电子空穴对 这种效应称 “隧道效应”
EC P+区
EV
一般：
N+区
隧道击穿的电压较低， 如 Si PN 结，VB < 4.5 V
势 垒
雪崩击穿的电压较高， 如 Si PN 结，VB > 6.7 V
热效应
2.3 PN结的电击穿
一、雪崩击穿
PN结加大的反向偏压 载流子从电场获得能量 载流子与晶格碰撞 能量足够大时价带电子被激发到导带产生一对电子－空穴 新形成的电子、空穴被电场加速，碰撞出新的电子、空穴 载流子倍增
硅 PN 结发生雪崩击穿的电场强度为 105～106 V / cm 非破坏性可逆击穿
区
非破坏性可逆击穿
2.3 PN结的电击穿 三、热击穿 热损耗局部升温电流增加
破坏性击穿
习题
1.考虑T=300K时的单边P+N硅二极管，其掺杂浓度为 Na=1018cm-3.设计出该pn结使得VR=3.5V时， Cj=0.95pF。计算出VR=1.5V时的势垒电容。
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
第二章-PN-结二极管
2.1 直流特性 2.1.1 非平衡PN结
处于一定偏置状态下的PN结称为非平衡PN结。
当P区接电源的正极，N区接电源的负极，称为正向 PN结。反之，则称反向PN结。
2.1 直流特性
2.1.2、正向PN结 （1）少子注入 正向电压使 势垒区宽度变窄、
势垒高度变低 外加电场与内建电场方向相反
（1）小注入。即注入的非平衡少数载流子 浓度远低于平衡多子浓度,即掺杂浓度。
（2）外加电压全部降落在势垒区，势垒区 以外为电中性区。
（3）忽略势垒区载流子的产生-复合作用。 通过势垒区的电流密度不变。
（4）忽略半导体表面对电流的影响。 （5）只考虑一维情况。Fra bibliotek.1 直流特性
二.坐标 以xn、xp为坐标原点分 别建立坐标系。
同理：jn
qn0
Dn Ln
jn
qnP0
exp
qV kT
1
Dn Ln
2.1 直流特性
2.1 直流特性
肖克莱方程
I I0 eqVA /kT 1
I0
A
qDP Pn0 LP
qDnnp0 Ln
2.1 直流特性
单边结近似
对于P+N结 NA>>ND
IIPAqD L P P P n0eqV F/kTAq L D pN Pn D i2eqV F/kT
对于N+P结 ND>>NA
IInAqD L nn nP 0eqV F/kTAq L D nN nn A i2eqV F/kT
2.1 直流特性
2.1.5 V-I特性方程的讨论
（1） I I0 (e q V A /k T 1 ) I0 e q V A /k T
（2） W n=L pW p=L n IF A q D W P N P n 0 q D W n P n P 0 (e q V F /k T 1 )
大于平衡多子的工作状态。 2. 大注入效应： 内建电场，加速 电导调制效应
2.2 频率特性和开关特性 基本概念
➢
频率特性
➢
大信号工作
➢
小信号工作
2.2 频率特性和开关特性 PN结大信号工作特点：
ID-VA特性，CD-VA特性以及CT-VA特性都是非线性的
PN结小信号工作特点：
信号电流与信号电压之间满足线性变化关系