pn结二极管课件

电子电流和空穴电流的分布图
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8.1.2 理想的电流-电压关系
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8.1.2 理想的电流-电压关系
(1)正向偏置：
J
qV A
J s ( e kT
ln(
J)
ln(
Js)
e kT
Va
( 2 )反向饱和电流
Js
( eD p Lp
n
2 i
Nd
Dn Ln
n
2 i
（)
Ge
管比硅管的饱和电流大
Na
Js
q
Dp Lp
通解
满足边界条件的特解
0
DP
d 2 p n dx 2
pn p
(x
xn)
pn(xn W n) 0
eV a
p ( x n ) p n 0 ( e kT 1 )
x
x
p ( x ) A1e LP A 2e Lp
pn(x)
eV a
p n 0 ( e kT
sinh[( 1)
xn W n x) Lp]
eV a
)( e kT
1)
Lp
Ln
eV a
J s ( e kT 1)
Js
eD (
p
pn0
Lp
eD n n po Ln
)
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。
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8.1.2 理想的电流-电压关系
正偏时的过剩少子浓度分布
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8.1.2 理想的电流-电压关系
满足边界条件的特解 p n ( x ) p n 0 ( e kT 1 ) e L P
电子的扩散电流密度
J P (xn)
eD
p
dpn dx
eD
p pn0
eV a
( e kT
1)
x xn
Lp
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8.1.2 理想的电流-电压关系
J J ( xp) J (xn)
eD (
p pn0
eD
n n po
sinh[ W n L p ]
eV a
p n 0 ( e kT
正偏时的能带/电路混合图
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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。
8
反偏时的能带/电路混合图
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Figure 8.3
15
8.1.2 理想的电流-电压关系
pn结定律：
EFnEFp
eV a
npni2e k T ni2ek T
边界条件：在空间耗尽层边界：
eVa
np(xp) pp(xp) ni2e kT
np (xp )
ni2 Na
eVa
e kT
eVa
np0e kT
eVa
nn(xn) pn(xn) ni2e kT
第八章 pn结二极管
1
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
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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
n
dn p (x) dx
eD n n p 0
qV a
( e kT
1)
x xp
Ln
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n区
扩散方程
Baidu Nhomakorabea
0
DP
d 2p n dx 2
pn p
(x
xn)
边界条件
pn(x ) 0
p(xn)
n
2 i
Nd
eV a
( e kT
1)
通解
x
x
p ( x ) A1e LP A2e Lp
eV a
xn x
5
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。
6
9
10
8.1.2 理想的电流-电压关系
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
3
0偏
反偏
正偏
4
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。
空穴的情况与电子类似
热平衡：电子的扩散流=漂移流
n
2
i（
p
n
二极管）
Nd
Js
q
Dn Ln
n
2
i（
pn
二极管）
Na
10 6 倍）
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Figure 8.8
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27
28
反向偏置下p-n结费米能级
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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。
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n区
扩散方程 边界条件
n p n
(x
xp)
边界条件
n p ( x ) 0
eV a
n p ( x p ) n p 0 ( e kT 1)
通解
x
x
n p ( x ) A1e Ln A2e Ln
特解
eV a
xpx
n p ( x ) n p 0 ( e kT 1) e Ln
电子电流
J n(xp
)
eD
pn结内的总电流处处相等（稳态）
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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。
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Figure 8.3
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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
pn(xn)
ni2 Nd
eVa
e kT
eVa
pn0e kT
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Figure 8.4
8.1.2 理想的电流-电压关系
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（1）边界条件：
p区
ea V
npnp(xp)np0np0(ekT1)
np(x)0
n区
ea V
pnpn(xn)pn0pn0(ekT1)
pn(x)0
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P区
扩散方程
0
Dn
d 2n p dx 2