第六章 pn结二极管：I-V特性

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第六章pn结二极管IV特性

J P (x')
qD
p
dpn dx '
qD p LP
n
2 i
ND
qV A
( e kT
x'
1)e LP
第六章pn结二极管IV特性
6.2.3严格推导
0
Dn
d 2n p dx 2
np n
'
(x ''
0)
n p ( x '' ) 0
n p ( x ''
0)
n
2 i
NA
qV A
( e kT
第六章pn结二极管IV特性
6.3 与理想情况的偏差
3势垒区的产生与复合电流
p-n结平衡时，势垒区复合中心的产生率等于复合率
（1）反向时，势垒区电场加强，耗尽层中载流子的浓度将会下降低于平衡值，导致耗尽层中电子-空穴的产生，复合中心产生的电子、空穴来不及复合就被强电场扫出势垒区，形成产
生电流IG-R, 因此增大了反向电流
DN LN
n
2 i
（)
Ge
管比硅管的饱和电流大
NA
10 6 倍）
I0
qA
Dp Lp
n
2
i（
p
n
二极管）
ND
I0
qA
DN LN
n
2
i（
pn
二极管）
NA
非对称结中，重掺杂一侧的影响较小，可忽略
第六章pn结二极管IV特性
6.2.4 结果分析（4）载流子电流
第六章pn结二极管IV特性
6.2.4 结果分析
第六章pn结二极管IV特性

半导体物理学第六章解读

ND X D ND NA
1
Q=eND
Xn
2
0e
(
NDNA ND NA
)(VD
V
2 )
♦单边突变结:
XD
2
e
0
1
(VD V NB
)
2
♦势垒区主要在轻掺杂一边
• 对p+-n结, NB代表ND • 对p-n+结, NB代表NA
xn X D
xp XD
P+-n结
3. 突变结的势垒电容
电势
图6-8
电子势能(能带)
6.1.5p-n载流子的分布 ♦ 当电势零点取x=-xp处,则有: EC (x) EC qV (x)
EV (x) EV qV ( x)
x x p , EC ( x) EC x xn , EC (x) EC qVD
♦势垒区的载流子浓度为:
EC qV ( x ) EF
• 反向偏压下的突变结势垒电容(单位面积):
1
CT A
dQ dV
2(
0eND NA
ND NA )(VD
V
)
2
CT 0
A XD
CT
(VD
1 V )1/ 2
• 几点说明:
① p-n结的势垒电容可以等效为一个平行
板电容器,势垒宽度即两平行极板的距离
② 这里求得的势垒电容, 主要适用于反向偏置情况
xn
NAXD ND NA
, xp
ND X D ND NA
• 代入上式
VD
q
2 0
( NAND ND NA
)
X
2 D
♦则，平衡p-n结
1
XD

pn结

0.75
（2）对于给定的掺杂浓度，VBR随二极管中半导体的禁带宽度而增加。
引起击穿的两种物理机制：雪崩倍增和齐纳过程
雪崩倍增原因：碰撞电离并非在VA=-VBR处突然出现雪崩击穿。而是在远低于击穿电压时，部分载流子能够有机会获得足够的能量来产生碰撞电离。引入倍增系数M。
M I I0
P162页：5.9 一个pn结二极管，其掺杂分布参见图p5.9，且满足公式
N D N A N0[1 exp(ax)]
，其中N0和a为常数。
(a) 简要地描述出耗尽近似。 (b) 根据耗尽近似，画出二极管内电荷密度示意图。 (c) 建立耗尽层内电场的表达式。
(1) 在耗尽层内，净电荷正比于ND-NA 在耗尽层外，净电荷为0 (3)
2
D n dp J p ( x' ) qDP q P i (e qVA / kT 1)e x '/ LP dx' LP N D
J J N ( x p) J P ( x xn )
DN ni 2 DP ni 2 qV A / kT I AJ qA 1 L N L N e A P D N
问：下图是室温下一个pn结二极管内的稳态载流子浓度图，图上标出了刻度。（a）二极管是正向还是反向偏置？并加以解释。（b）二极管准中性区域是否满足小电流注入条件？请解释你是如何得到答案的。（c）确定外加电压VA。（d）确定空穴扩散长度LP。
练习：有一个常用的经验估计数字，即pn结正向压降每增加0.06V，正向电流要增加10倍，而正向电流增加 1倍，pn结正向电压要增加18mV，试解之。
1、pn结结构
制备pn结二极管的主要工艺步骤简图

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。

PN结异常特性I-V曲线

（2）“靠背椅”击穿
• 当PN结加反电压时，在低压下场感应被击穿。当IR上升到比正常值大得多的饱和值，由于反向击穿曲线如靠背椅，
故称这种击穿称为“靠背椅”击穿。如图14。
“靠背椅”击穿产生的原因：
1为饱和沟道特性 2为非饱和沟道特性
图14 “靠背椅”击穿特性曲线
• a:表面杂质沾污或氧化层污染，形成表面沟道所致。 • b:外延层杂质补偿太大，热氧化时，由于二氧化硅有吸
• .下面列出集成电路管脚之间所测得的典型曲线。对于出现异常的特性曲线可参照前面介绍的异常 PN结特性曲线的失效原因进行分析。
（1）开路
• 如两管脚出现如图30所示的特性曲线，说明两管脚之间加电压后无电流呈开路状态。在测试时，图示仪Y轴应放到uA档。
图30.IC两管脚开路特性曲线
（2）短路
• 图26为输出特性起始部分倾斜度大，说明集电极串联电阻大。
• 饱和压降大的主要原因：图26饱和压降过大时的输出特性曲线 • 产生饱和压降大的原因较多，例如，引线孔
的氧化层未刻干净；蒸铝层太薄，合金化不良；外延层太厚；管芯与底座接触不良等。
（6）输出特性漂移
• 其特点是随着测试时间延长，β值增大。如图27
1．PN结异常特性曲线.
• 要区分异常特性曲线，首先要了解PN结正常特性曲线，如图11、图12，凡是与PN 结正常曲线不同的一般统称为异常PN结曲线。由于构成PN结的材料、结构、工艺不同，对于相同的异常特性曲线，其失效机理也不完全相同。
（1）软击穿
• 当PN结加反向偏压VR时，反向电流IR 在低压下就开始增加，在伏安特性曲线上，没有明显的转折点。如图13. • 产生软击穿的原因: • A：PN结表面被水汽和杂质沾污，硅——二氧化硅表面

二极管基础知识---PN结工作原理

二极管基础知识---PN结工作原理展开全文晶体二极管是一个由P型半导体和N型半导体形成的PN结。

在二者的交界处出现电子和空穴的浓度差别，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子,N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。

半导体中的离子不能随意移动，因此不参与导电。

这些不能移动的带电粒子在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，就是所谓的PN结。

当不存在外加电压时，由于PN结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于动态平衡状态。

正向偏置当外界有正向电压偏置时，即电源的正极接P区，负极接N区时，外加电场与PN结内电场方向相反,这时PN结内的电流由起支配地位的扩散电流所决定。

在外电路上形成一个流入P区的电流，称为正向电流。

当外加电压达到某一个数值后，再稍有变化，便能引起电流的显著变化，电流是随外加电压增加急速上升的。

这时，正向的PN结表现为一个很小的电阻。

反向偏置当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，流过PN结的电流由起支配地位的漂移电流所决定，漂移电流表现在外电路上有一个流入N区的反向电流IR。

由于少数载流子是由本征激发产生的，其浓度很小，所以IR是很微弱的，通常被称为反向饱和电流。

此时的PN结可以看作是一个很大的电阻。

PN结的伏安特性表达式肖特基方程的表达式式中ID——通过PN结的电流VD——PN结两端的外加电压VT——温度的电压当量，VT= KT/q = 0.026V.其中k为玻耳兹曼常数，T为热力学温度，q为电子电量。

常温下，VT ≈26mV。

Is——反向饱和电流，1.当VD>>0，且VD＞VT时， ID = Is e (VD / VT)对应右图的正向特性曲线部分2.当VD＜0，且|VD|>>VT时，ID≈-Is≈0对应右图的反向特性曲线部分从图上我们可以明显的看出PN结的单向导电性根据肖特基方程的伏安特性曲线PN结的击穿当外加的反向电压小于击穿电压VBR时，ID≈–Is 。

PN结及其特性详细介绍

P N结及其特性详细介绍1.PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。

此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:扩散到对方的载流子在P区和N区的交界处附近被相互中和掉，使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。

这样在两种半导体交界处逐渐形成由正、负离子组成的空间电荷区（耗尽层）。

由于P区一侧带负电，N区一侧带正电，所以出现了方向由N区指向P区的内电场PN结的形成当扩散和漂移运动达到平衡后，空间电荷区的宽度和内电场电位就相对稳定下来。

此时，有多少个多子扩散到对方，就有多少个少子从对方飘移过来，二者产生的电流大小相等，方向相反。

因此，在相对平衡时，流过PN结的电流为0。

对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。

在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。

由于耗尽层的存在，PN结的电阻很大。

PN结的形成过程中的两种运动：多数载流子扩散少数载流子飘移PN结的形成过程（动画）2.PN结的单向导电性PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。

如果外加电压使PN结中：P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。

(1)PN结加正向电压时的导电情况PN结加正向电压时的导电情况如图所示。

外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。

于是,内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。

扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。

PN结加正向电压时的导电情况(2)PN结加反向电压时的导电情况外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。

内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。

二极管特性及参数

二极管特性及参数一、二极管的特性：二极管是一种最简单的半导体器件，它具有单向导电性。

二极管由P 型半导体和N型半导体组成，P型半导体区域被称为P区，N型半导体区域被称为N区，P区和N区之间形成的结被称为PN结。

在PN结两侧形成的电场称为势垒，势垒会阻碍电流的流动，只有当正向电压施加在二极管上时，电流才能流过。

二极管的工作特性如下：1.正向工作特性：当二极管的正端连接到正电压源，负端连接到负电压源时，二极管处于正向偏置状态。

此时，PN结的势垒被削弱，电流可以流动。

二极管的正向电压(Vf)越大，通过二极管的电流(If)越大。

正向工作特性遵循指数规律，即电流与电压之间存在指数关系。

2.反向工作特性：当二极管的正端连接到负电压源，负端连接到正电压源时，二极管处于反向偏置状态。

此时，PN结的势垒会增加，电流几乎不能流动。

只有当反向电压(Vr)超过二极管的反向击穿电压时，才会发生逆向击穿，电流急剧增加。

二、二极管的参数：1.极限值参数：-峰值反向电压(VRM)：反向电压的最大值，一般用来表示二极管的耐压能力。

-峰值反向电流(IFM)：反向电流的最大值，一般用来表示二极管的耐流能力。

-正向电压降(VF)：正向工作时，PN结两侧产生的电压降。

-正向电流(IF)：通过二极管的最大电流。

2.定常态参数：- 正向阻抗(Forward resistance)：在正向工作状态下，二极管的阻抗大小。

正向阻抗与正向电流大小有关，一般用欧姆表示。

- 反向电流(Reverse current)：在反向工作状态下，二极管的电流大小。

- 反向传导电导(Reverse conductance)：在反向工作状态下，PN结的反向传导电导值，与反向电流大小有关。

3.动态参数：- 正向导通压降(Forward voltage drop)：当二极管处于正向工作状态时，二极管两端的电压降。

- 动态电电渡特性(Forward dynamic electrical characteristics)：反映在零偏电流条件下，PN结在正向电压下的电流特性关系。

第六章 pn结

qV
单向导电性---整流
半导体物理学
34
（4）影响p-n结伏-安特性的主要因素：
产生偏差的原因：
a.正向小电压时忽略了势垒区的复合；正向大电压时忽略了外加电压在扩散区和体电阻上的压降。 b.在反向偏置时忽略了势垒区的产生电流。
半导体物理学
35
p-n结的直流伏-安特性表明： 1. 具有单向导电性。
半导体物理学
9
刚接触，扩散＞＞漂移
内建电场
漂移
扩散=漂移（达到动态平衡）
空间电荷区 Space charge region 阻挡层耗尽区 Depletion region
半导体物理学
10
2.能带图 (Enery band diagram) EFn高于EFp表明两种半导体中的电子填充能带的水平不同。
实际的PN结是利用掺杂的补偿效应形成的 1. 合金 2.扩散 3.注入 4.外延生长
Alloyed Junctions (合金结) Diffused Junctions (扩散结)
合金温度降温再结晶
合金法
半导体物理学
2
扩散法
半导体物理学
3
离子注入
半导体物理学
4
外延生长工艺 “外延”指在单晶衬底上生长一层新单晶的技术。新生单晶层的晶向取决于衬底，由衬底向外延伸而成，故称“外延层”。
势垒区 VD：接触电势差
半导体物理学
11
3.接触电势差 (The Contact Potential) VD
平衡时
势垒高度
qVD ( EC ) P ( EC )n ( EV ) P ( EV )n
EFn EFp
半导体物理学

8.2 异质PN结的I-V特性及注入特性

第八讲8.2 异质PN结的I-V 特性及注入特性1、低势垒尖峰形异质结：势垒尖峰顶低于 p 区导带底，其能带结构如图示。

这种异质 pn 结的电流主要由扩散机制决定，用扩散模型来处理。

针对不同的异质结构，人们提出了多种异质结伏安特性的模型，下面我们以突变反型pN异质结不同的势垒峰型为例来分析。

施加一正向偏压 V 时，通过该异质结的电流密度为：p2n1n p 1020n1p20()exp()1D D qV J J J q n p L L k T ⎡⎤=+=+-⎢⎥⎣⎦式中：D n1 、L n1 分别为窄禁带半导体中电子的扩散系数和扩散长度； D p2 、L p2 分别为宽禁带半导体中空穴的扩散系数和扩散长度； n 10 和 p 20 分别为 p 型窄禁带半导体和 n 型宽禁带半导体的热平衡少子浓度。

上式表明，在正向偏压下，异质 pn 结的电流随电压按指数规律增加。

()p210D v p p200exp exp 1qD p q VE qV J L k T k T -+∆⎡⎤⎛⎫=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦c n 0exp E J k T ⎛⎫∆∝ ⎪⎝⎭v p 0exp E J k T ⎛⎫∆∝- ⎪⎝⎭式中的 J n 、J p 也可用 n 区、p 区多子浓度 n 20 、p 10 表示：△E c 和 △E v 都是正值，且比室温时的 k 0T 大得多，故有：通过异质结面的电流主要由电子电流构成，而空穴电流所占的比例很小。

()D c n120n n100exp exp 1q V E qD n qV J L k T k T --∆⎡⎤⎛⎫=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦J n >> J p从上式看到，J n 和 J p 主要由△E c 和 △E v 决定，即：一、异质结的I-V特性2、高势垒尖峰形异质结：n 区的势垒尖峰顶较 p 区导带底高得多， n 区扩散到结面处的电子，只有能量高于势垒尖峰的电子才能通过发射机制进入 p 区，可以采用热电子发射模型来处理。

第六章pn结PPT课件

扩散电流与复合电流之比与 V 有关
J扩 exp qV
Jr
2KT
V ，J扩/Jr 迅速，低 V时, Jr > J扩
V ，J扩/Jr 迅速，高 V时, Jr < J扩
第42页/共68页
J/Js
实际pn结的电流电压特性
第43页/共68页
大注入情况
正向偏压较大时，注入的非平衡少子浓度接近或超过该区多子浓度的情况
玻耳兹曼边界条件－在耗尽层两端，载流子分布满足玻氏分布
第24页/共68页
2．正偏时载流子的运动和电流成分
J Jp
Jn
x
xp’
xp
xn
xn’
第25页/共68页
通过pn结的总 J： J = Jp扩（n 区边界）+ Jn扩（ p 区边界）
3．正偏下的电流密度（推导自学）
qV
J Js e KT 1
Ge: Eg 小，ni2大，反向电流中扩散电流主要 Si: Eg 大， ni2小，反向电流中势垒产生电流主要
第39页/共68页
势垒区的复合电流
正向偏压，从n区注入p区的电子和从p区注入
n区的空穴，在势垒区内复合了一部分，构成
了另一股正向电流。
P
N
+
－
总正向电流密度
J正＝ J扩＋ Jr
Ε内
复合电流密度 Jr
pn结的正向电流电压关系式
其中：
Js
qDp Lp
pno
qDn Ln
npo
第26页/共68页
对于p＋n结：
J
q
Dp pn0
qV
(e KT
1)
Lp
对于pn＋结：

pn结(ppt文档)

尽近似），再利用泊松方程
d dx KS0
求得ξ
与 x的关系。再利用

dV dx
求解V与x的
关系。
5、pn结的势垒高度qVbi
平衡pn结的空间电荷区两端间的电势差Vbi称pn结的接触电势或内建电势差。相应的电子电势能之差，即能
带的弯曲量qVbi称为pn结的势垒高度。
练习：已知pn突变结的两边掺杂浓度分别为NA， ND，求解内建电势差Vbi。
定量的静电关系式
• VA=0条件下的突变结
根据耗尽近似：
qNA
qND
0
xp x 0
0 x xn
x xp 或 x xn
根据泊松方程：
qNA
d
dx
KS0 qND KS0
0
xp x 0
0 x xn
x xp 或 x xn
解得：
dV (x)
dx

qN A
KS0
(xp

x)

qND KS0
( xn

x)
解得：
V (x)
qN A 2KS0
(xp

x)2
Vbi

qND 2KS0
( xn

x)2
xp x 0
0 x xn
xp x 0
0 x xn
利用：
N A xp N D xn
EFP EFn qVA
8、pn结势垒区载流子分布
证明：
qVbi qV ( x)
n x nn0e kT
qVbi
np0 nn0e kT

PN结二极管概述、特性、分类

PN结二极管概述、特性、分类PN结二极管概述PN结简述1949年PN结理论发表，1950年制造PN结二极管的扩散法出现，半导体技术从此蓬勃发展，人类进入了微电子时代。

半导体材料有如下的一些特点：半导体材料的电阻率受杂质含量的多少的影响极大，如在硅中只要掺入百万分之一的杂质硼，硅的电阻率就会从214，000Ω·cm下降至0.4Ω·cm；半导体材料的电阻率受外界条件影响很大。

例如温度每升高8℃纯净硅的电阻率就会下降一半左右。

因此，半导体材料可以人为地控制电阻率取得不同的导电性能。

在纯净的半导体材料(如硅)中掺入三价原子(如硼原子、镓原子)形成P型半导体；掺入五价原子(如磷原子、砷原子)的半导体材料形成N型半导体材料。

掺入杂质的P型半导体和N型半导体的电阻率下降、导电性能增强。

P型半导体和N型半导体的导电机制分别为"空穴"和"电子"。

有了P型半导体和N型半导体，就出现了"PN"结。

通过扩散等工艺，把一块半导体材料一边做成N型半导体，一边做成P型半导体。

由于P型区的"空穴"多，N型区"电子"多，在P型区和N型区的交界处，"电子"从高浓度的N区向P区扩散，同时"空穴"从浓度高的P区向N区扩散。

在P区内，"电子"称为少数载流子，在N区内，"空穴"称为少数载流子，扩散到对方的"电子"或"空穴"称为"非平衡少数载流子"。

P型半导体体内的"空穴"成为P 型半导体的"多子"，同理，N型半导体内的"电子"称为N型半导体的"多子"。

这些非平衡少数载流子的注入，必然与对方的多子复合，在交界面附近使载流子成对的消失，并且各留下不能移动的正、负离子，构成一个空间电荷区，出现一个由N区指向P区的内建电场。

p-n_结电流电压特性

3、p-n结电容 • 势垒电容、扩散电容 4、p-n结击穿
5、p-n结隧道效应
第*4页
2010年12月9日星期四
10、（1）写出理想PN结的I-V特性，即电流密度J与电压V的关系方程。分别在直角线性坐标系和半对数坐标系中，示意画出PN结电流－电压特性曲线。 • (2) 在半对数坐标系中的曲线上，如何将正向小电压下势垒区复合电流和反向电压下势垒区产生电流产生的作用反映在曲线上？简单解释之。 • (3）如果PN结电流中，同时考虑扩散电流和复合电流时，即采用理想因子m，写出含有理想因子m的J-V特性方程，并描述一种测量m的实验方法。 • (4) 分别分析PN结加正向偏置和反向偏置，对 PN结边界处少子浓度的改变，以此论述，PN 结具有正向导通和反向饱和特性。（2008）（32分）
第*8页
2010年12月9日星期四
•
14、写出理想PN结的J-V特性关系公式（肖克莱方程）。并在半对数坐标下（X轴为V， Y轴为ln（J/J0），定性画出该曲线。若此PN 结为实际的PN结，应做哪些改动？为什么？（2006）
第*9页
2010年12月9日星期四
§ 6.1 热平衡条件下的p-n结 1 、热平衡条件下的p-n结 • 1） p-n结定义及形成
由突变平衡p-n结的能带图，势垒高度qVD补偿了p区与n区的费米能级之差
F
k 0T d (ln n )] q dx E i) k 0T
F
Jn dE F dE F Jn n n , dx dx n n 同理，空穴电流密度 Jp p
p
d 1 dE (ln n ) ( dx k 0 T dx

dE i ) dx
Jp dE F dE F , dx dx p p J n , J p 均为零

PN结异常特性I-V曲线

• 如图22，它是因一种局部击
穿造成的。如局部位错、层
错、合金点、破坏点或光刻
边缘毛刺等所引起的低压击
穿。对于NPN管，硼扩散前
N型杂质、灰尘的沾污也将形成管道型击穿输出特性。
图22 管道型击穿输出特性曲线
（2）小注入时β小
• 如图23，在小电流注入时，较小的几根Ib线靠的很近，甚至并在一起，β很小。
或抛光槽中存在导电微粒等沾污引起的，严重时整个曲线背景一片模糊。
• c:表面击穿引起的击穿不稳定，此时振荡的位置有高有低。
2．晶体管异常输出特性曲线
• 异常的输出特性反映了晶体管的结构、材料和制造工艺中存在的问题，与异常击穿特性结合起来分析，
有利于我们更快地找出确切的失效机理。
• （1）管道型击穿
• 图26为输出特性起始部分倾斜度大，说明集电极串联电阻大。
• 饱和压降大的主要原因：图26饱和压降过大时的输出特性曲线 • 产生饱和压降大的原因较多，例如，引线孔
的氧化层未刻干净；蒸铝层太薄，合金化不良；外延层太厚；管芯与底座接触不良等。
（6）输出特性漂移
• 其特点是随着测试时间延长，β值增大。如图27
（6）PN结正向特性
• 如两管脚之间出现与图11，PN结正向特性曲线相同时，两管脚之间是一个正向二极管。如果PN结线出现异常特性曲线，可按前面介绍的PN结异常特性曲线对器件进行失效原因分析。
（7）PN结反向特性
• 如两管脚之间出现如图36所示的特性曲线。一般两管脚之间存在一个反向二极管。
采用晶体管图示仪对ic管脚之间的电特性测试对集成电路进行失效分析是一种最简单最有效的无损分析技术首先用晶体管特性图示仪对与失效ic相同型号的正常器件管脚进行电特性测试再对失效ic的管脚做一一对应测试可以找出异常管脚的失效部位再根据异常特性曲线判定失效原因

第六章pn结二极管：I-V特性

二极管）
NA
非对称结中，重掺杂一侧的影响较小，可忽略
6.2.4 结果分析（4）载流子电流
6.2.4 结果分析
（4）载流子浓度
0偏
正偏
反偏
6.2.4 结果分析
讨论题：理想二极管的I-V曲线如何随温度而变化
例题2
将电压VA=23.03kT/q 加在一个突变二极管上，且二极管n型和批p型区杂质浓度为 NA=1017cm3和ND=1016cm3.画出器件准中性区内的多数和少数载流子浓度的log（p,n)与 x的关系图。在你的图中确定出离耗尽层边界10倍和20倍扩散长度的位置
0偏
反偏
正偏
6.2.1 定性推导
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
热平衡
耗尽层边界
小注入条件成立：少子在准中性区的分布
6.2.4 结果分析
6.3 与理想情况的偏差
1。理想理论与实验的比较击穿
Si pn结的I-V特性曲线
耗尽层中载流子的复合和产生
6.3 与理想情况的偏差
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结器件电流—电压特性

实验一 PN 结器件电流一电压特性一、基本原理PN 结是半导体结型器件的核心，是IC 电路的最基本单元，诸多半导体器件都是由PN结组成的。

最简单的结型器件是半导体二极管，根据不同场合的用途，使用不同掺杂及材料制备工艺制成多种二极管，如整流二极管、检波二极管、光电二极管（发光二极管、光敏二极管）等；三极管与结型晶体管就是由两个PN 结构成的。

因此深入了解与掌握PN 结的基本特性，是掌握与应用晶体管等结型器件的基础。

PN 结的最重要特性是单向导电性，即具有整流特性。

也就是说，正向表现低阻性，反向为高阻性。

若在 PN 结上加上正向偏压（P 区接正电压、N 区接负电压）则电流与电压呈指数关系，如下式式中q 是电子电荷，K 是波尔兹曼常数，T 是工作温度（K ）, V 是外加电压，n 是复合因子，根据实际测量曲线求出。

随着电压缓慢升高，电流从小急剧增大，按指数规律递增。

对于用川-V 族宽禁带材料制成的发光二极管而言，当外加电压 V 0.5 V 、电流很小时（I 0.1 mA ）,则通过结内深能级复合占主导地位，这时 n ~ 2。

随着外加电压的升高，PN 结载流子注入以扩散电流起支配作用，I 就急剧上升，这时 n ~ 1。

根据实际测量I-V 关系求得n 值大小就可作为判断一个结型二极管优劣的标志。

如果PN 结两边外加反向偏压（P 区接负压、N 区接正电压）这时在 PN 结空间电荷层内载流子的漂移运动大于扩散运动。

（从P 区内电子向N 区运动，N 区内空穴向P 区运动）从而空间电荷层展宽，载流子浓度低于热平衡状态下平衡浓度。

反向 PN 结在反偏压比较大时空间电荷区宽度式中，0为自由空间电容率，介电常数，N 0为PN 结低掺杂边的凈杂质浓度。

所以在外加反向偏压V V B （反向击穿电压）时，电流 I 值很小，反向偏置 PN 结电流很小、表现很高电阻性。

当反向偏压一旦增加到某一定值 V B ,则反向电流瞬间骤然急速增大（如图所示），这现象叫做PN 结的击穿，V B 称为击穿电压。

第二讲 PN结和二极管

Βιβλιοθήκη 图1.1.13 扩散电容示意图
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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
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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