PN结电容和雪崩二极管PPT课件
合集下载
PN结——电容特性优秀课件
的电子电流一定；半导体流向金
－
属的电子电流因电位增加而降低，
故有半导体→金属反向电流（恒
定）。
金属半导体接触I-U特性类似于pn结的伏安特性
I
正向特性
VD
反向特性
肖特基二极管
利用金属—半导体整流接触特性制成的二极管称 为肖特基二极管。
肖特基二极管与pn二极管的比较
相同：单向导电性 不同：
1 反向电流产生机制不同： ➢肖特基二极管为多数载流子工作 ➢pn接面二极管为少数载流子工作 ➢结果：肖特基二极管的饱和电流要 大得多，起始电流也较大。
P
△U变化时，P区 积累的非平衡少 子浓度分布图
3 1
2
电子浓度
1 ΔU=0
2 ΔU<0
x 3 ΔU>0
U ΔU
N
+ +
+ +
....................................
. ..
.
.
P
PN结正向偏置电压越高，积累的非平衡少子越多。
这种电容效应用扩散电容CD表征。
CD Q U
PN结正偏时，由N区扩 散到P区的电子（非平衡少 子），堆积在 P 区内紧靠 PN结的附近，到远离交界 面处，形成一定的浓度梯 度分布曲线。电压增大， 正向（扩散）电流增大。
扩散电容示意图
U ΔU
N
+ +
+ +
....................................
. . .
..
C1 L
Байду номын сангаасDC
R
+ UD –
模电课件04第一章PN结电容
从而实现整流作用。
整流器广泛应用于各种电子设备 和电源供应系统中，如电源适配
器、充电器等。
放大器的运用
放大器是利用PN结的放大效应来实现信号放大的电子元件。
在放大器中，PN结电容的作用是控制信号的放大倍数和频率响应，从而 实现信号的放大。
放大器广泛应用于各种电子设备和系统中，如音频放大器、射频放大器 等。
PN结电容的物理意义
PN结电容反映了PN结两端电压与结 区内电荷分布之间的关系。
它对于理解半导体器件的工作原理、 分析电路性能以及设计新型器件具有 重要的意义。
PN结电容的特性
PN结电容具有非线性特性，即 在不同偏置电压下，PN结电容
的数值会发生变化。
PN结电容与温度密切相关，温 度的变化会影响PN结电容的大
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
随着电子技术的不断发展，PN结电 容的应用范围越来越广泛，对其性能 的要求也越来越高。
为了满足不断增长的性能需求，PN 结电容的研究和开发也在不断深入， 新型材料和制备工艺不断涌现。
未来，随着电子器件的小型化和集成 化，PN结电容的发展将更加注重微 型化、高精度和高稳定性等方面，以 满足不断变化的市场需求。同时，随 着人工智能和物联网等新兴技术的快 速发展，PN结电容的应用领域也将 得到进一步拓展。
电荷存储与PN结电容
电荷在PN结空间电荷区中的存储形成 了PN结电容。
PN结电容的大小与空间电荷区的宽度 和掺杂浓度有关。
当外加电压施加在PN结两端时，自建 电场和外加电场的共同作用使得空间 电荷区中的电荷发生移动，导致电容 的充放电。
影响PN结电容的因素
01
02
03
掺杂浓度
整流器广泛应用于各种电子设备 和电源供应系统中，如电源适配
器、充电器等。
放大器的运用
放大器是利用PN结的放大效应来实现信号放大的电子元件。
在放大器中，PN结电容的作用是控制信号的放大倍数和频率响应，从而 实现信号的放大。
放大器广泛应用于各种电子设备和系统中，如音频放大器、射频放大器 等。
PN结电容的物理意义
PN结电容反映了PN结两端电压与结 区内电荷分布之间的关系。
它对于理解半导体器件的工作原理、 分析电路性能以及设计新型器件具有 重要的意义。
PN结电容的特性
PN结电容具有非线性特性，即 在不同偏置电压下，PN结电容
的数值会发生变化。
PN结电容与温度密切相关，温 度的变化会影响PN结电容的大
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
随着电子技术的不断发展，PN结电 容的应用范围越来越广泛，对其性能 的要求也越来越高。
为了满足不断增长的性能需求，PN 结电容的研究和开发也在不断深入， 新型材料和制备工艺不断涌现。
未来，随着电子器件的小型化和集成 化，PN结电容的发展将更加注重微 型化、高精度和高稳定性等方面，以 满足不断变化的市场需求。同时，随 着人工智能和物联网等新兴技术的快 速发展，PN结电容的应用领域也将 得到进一步拓展。
电荷存储与PN结电容
电荷在PN结空间电荷区中的存储形成 了PN结电容。
PN结电容的大小与空间电荷区的宽度 和掺杂浓度有关。
当外加电压施加在PN结两端时，自建 电场和外加电场的共同作用使得空间 电荷区中的电荷发生移动，导致电容 的充放电。
影响PN结电容的因素
01
02
03
掺杂浓度
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。
《半导体PN结》PPT课件
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半
导体的导电能力越强，温度是影响半导体性
能的一个重要的外部因素，这是半导体的一
大特点。
精选课件ppt
12
总结
西安电子科技大学计算机学院吴自力 2012--2
本征激发：在室温或光照下价电子获得足够能键中留
因无共价键束缚而很容易被激发而成为自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由 杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为 正离子，因此五价杂质原精选子课件也ppt称为施主杂质。
15
西安电子科技大学计算机学院吴自力 2012--2
N 型半导体
而空穴的迁移相当于
+4
+4
正电荷的移动，因此
可以认为空穴是载流
子。
精选课件ppt
11
西安电子科技大学计算机学院吴自力 2012--2
自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定 向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。
空穴的运动 = 相邻共价键中的价电子反向依次填补空穴位来实现的
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
1
西安电子科技大学计算机学院吴自力 2012--2
§1.1 半导体的基本知识
1.1.1 本征半导体 1）导体、半导体和绝缘体
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导 体、绝缘体和半导体。
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、 陶瓷、塑料和石英。
精选课件ppt
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半
导体的导电能力越强，温度是影响半导体性
能的一个重要的外部因素，这是半导体的一
大特点。
精选课件ppt
12
总结
西安电子科技大学计算机学院吴自力 2012--2
本征激发：在室温或光照下价电子获得足够能键中留
因无共价键束缚而很容易被激发而成为自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由 杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为 正离子，因此五价杂质原精选子课件也ppt称为施主杂质。
15
西安电子科技大学计算机学院吴自力 2012--2
N 型半导体
而空穴的迁移相当于
+4
+4
正电荷的移动，因此
可以认为空穴是载流
子。
精选课件ppt
11
西安电子科技大学计算机学院吴自力 2012--2
自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定 向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。
空穴的运动 = 相邻共价键中的价电子反向依次填补空穴位来实现的
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
1
西安电子科技大学计算机学院吴自力 2012--2
§1.1 半导体的基本知识
1.1.1 本征半导体 1）导体、半导体和绝缘体
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导 体、绝缘体和半导体。
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、 陶瓷、塑料和石英。
精选课件ppt
PN结型光电二极管ppt课件
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
基本概念
在光电器件中,自发发射、受激辐 射和受激吸收过程总是同时出现的。 但对于各个特定的器件,只有一种 机理起主要作用。这三种作用机理 对应的器件分别是：发光二极管、 半导体激光器和光电二极管。
缺点
倍增为随机性的，放大电流的随机性或 不可预测性限制了管子的灵敏度，所以， 在设计雪崩管时应注意尽量减小随机性。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
硅雪崩型光电二极管管心的结构图
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
Picture of PIN Photodiode PIN光电管照片
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
三、雪崩型光电二极管--APD
由于普通光电二极管产生的电流微弱，进行放大和处理 时将引入放大器噪声。为了克服这种缺点，有必要加大 光电管的输出电流，由此产生了雪崩型光电二极管。
二极管上不加电压，利用PN结在受光照时 产生正向电压的原理，把光电二极管用作 光致发电器件，这种器件称为光电池。 光纤传感器中这两类器件都得到应用。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
PN结电容和雪崩二极管
pn结电容和雪崩二 极管
目 录
• pn结电容 • 雪崩二极管 • pn结电容与雪崩二极管的关系 • 实际应用与展望
01
CATALOGUE
pn结电容
pn结电容的基本概念
01
02
03
结电容
在pn结中，由于空间电荷 区的存在，会产生一个结 电容。
电容性质
结电容具有电容的特性， 即储存电荷的能力。
影响因素
3
雪崩二极管在使用过程中需要注意防止过载和烧 毁，同时需要保持一定的冷却条件，以保证其正 常工作。
03
CATALOGUE
pn结电容与雪崩二极管的关系
pn结电容对雪崩二极管性能的影响
反向击穿电压
pn结电容的大小直接影响到雪崩二极管的反向击穿电压，电容 越大，击穿电压越低，器件的稳定性就越差。
响应速度
温度效应
随着温度的升高，雪崩二极管内部的电子-空穴对数量会增加，导致pn结电容增 大，进而影响器件的性能。
04
CATALOGUE
实际应用与展望
pn结电容和雪崩二极管在电子器件中的应用
高速电子器件
pn结电容和雪崩二极管在高速电子器件中具有重要作用，如高速 开关、信号放大和处理等。
传感器
利用pn结电容和雪崩二极管的特性，可以制作出高灵敏度、高分 辨率的传感器，用于环境监测、医疗诊断等领域。
能源转换
pn结电容和雪崩二极管在太阳能电池、燃料电池等能源转换器件 中也有广泛应用。
未来研究方向与展望
新材料探索
寻找具有更高性能的pn结电容和雪崩二极管新材料，提高器件的稳 定性和可靠性。
集成化与微型化
研究如何将多个pn结电容和雪崩二极管集成在一起，实现微型化、 高密度集成，以满足现代电子设备的需求。
目 录
• pn结电容 • 雪崩二极管 • pn结电容与雪崩二极管的关系 • 实际应用与展望
01
CATALOGUE
pn结电容
pn结电容的基本概念
01
02
03
结电容
在pn结中，由于空间电荷 区的存在，会产生一个结 电容。
电容性质
结电容具有电容的特性， 即储存电荷的能力。
影响因素
3
雪崩二极管在使用过程中需要注意防止过载和烧 毁，同时需要保持一定的冷却条件，以保证其正 常工作。
03
CATALOGUE
pn结电容与雪崩二极管的关系
pn结电容对雪崩二极管性能的影响
反向击穿电压
pn结电容的大小直接影响到雪崩二极管的反向击穿电压，电容 越大，击穿电压越低，器件的稳定性就越差。
响应速度
温度效应
随着温度的升高，雪崩二极管内部的电子-空穴对数量会增加，导致pn结电容增 大，进而影响器件的性能。
04
CATALOGUE
实际应用与展望
pn结电容和雪崩二极管在电子器件中的应用
高速电子器件
pn结电容和雪崩二极管在高速电子器件中具有重要作用，如高速 开关、信号放大和处理等。
传感器
利用pn结电容和雪崩二极管的特性，可以制作出高灵敏度、高分 辨率的传感器，用于环境监测、医疗诊断等领域。
能源转换
pn结电容和雪崩二极管在太阳能电池、燃料电池等能源转换器件 中也有广泛应用。
未来研究方向与展望
新材料探索
寻找具有更高性能的pn结电容和雪崩二极管新材料，提高器件的稳 定性和可靠性。
集成化与微型化
研究如何将多个pn结电容和雪崩二极管集成在一起，实现微型化、 高密度集成，以满足现代电子设备的需求。
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：
半导体物理学课件7 p-n结
第六章 p-n结
6.1 pn结及其能带图 6.2 pn结电流电压特性 6.3 pn结电容 6.4 pn结击穿 6.5 pn结隧道效应
6.1 pn结及其能带图
冶金结＿P区和n区的交界面
突变结 线性缓变结 超突变结
突变结＿均匀分布，交界处突变
6.1 pn结及其能带图 基本结构
PN结的形成
空间电荷区＝耗尽区 （没有可自由移动的净电荷，高阻区）
6.2 pn结电流 理想电流电压关系
计算流过p-n结电流密度的步骤：
1、根据费米能级计算耗尽区边界处注入的过剩少子 浓度。
2、以边界处注入的过剩少子浓度作为边界条件，求 解扩散区中载流子连续性方程——双极输运方程。 得到过剩载流子分布表达式。
3、将过剩少子浓度分布带入扩散电流方程得到扩散 电流密度。
6.2 pn结电流 理想电流电压关系
x xp时， np x np x np0
np0
exp
eV f kT
1 exp
xp x
Ln
x
xn时，
pn x
pn x
pn0
pn0
exp
eV f kT
1
exp
xn Lp
x
6.2 pn结电流 理想电流电压关系
根据电流连续性原理，通过p-n结中任一截面 的总电流是相等的，只是对于不同的截面，电子 电流和空穴电流的比例有所不同而已。
J Jn Jp
考虑-xp截面：
J Jn (xP ) JP (xP )
忽略了势垒区载流子 的产生和复合：
J Jn (xP ) J P (xn )
正向偏置时，半导体内的载流子浓度分布
突变结
N Axp ND xn
6.1 pn结及其能带图 6.2 pn结电流电压特性 6.3 pn结电容 6.4 pn结击穿 6.5 pn结隧道效应
6.1 pn结及其能带图
冶金结＿P区和n区的交界面
突变结 线性缓变结 超突变结
突变结＿均匀分布，交界处突变
6.1 pn结及其能带图 基本结构
PN结的形成
空间电荷区＝耗尽区 （没有可自由移动的净电荷，高阻区）
6.2 pn结电流 理想电流电压关系
计算流过p-n结电流密度的步骤：
1、根据费米能级计算耗尽区边界处注入的过剩少子 浓度。
2、以边界处注入的过剩少子浓度作为边界条件，求 解扩散区中载流子连续性方程——双极输运方程。 得到过剩载流子分布表达式。
3、将过剩少子浓度分布带入扩散电流方程得到扩散 电流密度。
6.2 pn结电流 理想电流电压关系
x xp时， np x np x np0
np0
exp
eV f kT
1 exp
xp x
Ln
x
xn时，
pn x
pn x
pn0
pn0
exp
eV f kT
1
exp
xn Lp
x
6.2 pn结电流 理想电流电压关系
根据电流连续性原理，通过p-n结中任一截面 的总电流是相等的，只是对于不同的截面，电子 电流和空穴电流的比例有所不同而已。
J Jn Jp
考虑-xp截面：
J Jn (xP ) JP (xP )
忽略了势垒区载流子 的产生和复合：
J Jn (xP ) J P (xn )
正向偏置时，半导体内的载流子浓度分布
突变结
N Axp ND xn
《pn结二极管》课件
《pn结二极管》PPT课件
欢迎大家来到《pn结二极管》PPT课件！本课件将介绍pn结二极管的基础知识、 工作原理、应用领域、制作及特殊结构、未来趋势等内容。让我们一起深入 研究和探索pn结二极管的魅力吧！
一、pn结二极管基础知识
结构与特性
了解pn结的结构与特性对于 理解其工作原理至关重要。
电容的计算
提出设计更高效、更可靠的pn结二极管的挑战和机遇。
六、总结
电子技术的重要性
探讨pn结二极管在电子技术中的 重要性和推动力。
未来发展和前景
展望pn结二极管在未来的发展趋 势和应用前景。
深入研究和探索
鼓励大家深入研究和探索pn结二 极管的应用领域。
液晶显示屏
讲解液晶显示屏中pn结二极管的作用和优势， 推动显示技术的创新。
五、pn结二极管的未来趋势
1
纳米级尺寸的pn结二极管
展望纳米级尺寸的pn结二极管对于电子技术的革命性影响。
2
半导体材料的新发现和新应用
探索半导体材料的新领域，为pn结二极管的应用拓展出更多可能性。
3
设计更高效、更可靠的pn结二极管
学习如何计算pn结的电容， 对于电路设计和分析有很大 帮助。
正反向开启电压
探讨pn结正反向开启电压及 其在电子设备中的应用。
二、pn结二极管的工作原理ຫໍສະໝຸດ 1正向偏置和反向偏置
了解正向偏置和反向偏置在pn结二极管中的作用和影响。
2
IV特性谈
深入研究pn结二极管的IV特性曲线及其解读。
3
温度对pn结二极管的影响
探索pn结二极管在音 频和射频放大器中的 关键作用，提升信号 的功率。
四、pn结二极管的制作及特殊结构
硅材料的制备
欢迎大家来到《pn结二极管》PPT课件！本课件将介绍pn结二极管的基础知识、 工作原理、应用领域、制作及特殊结构、未来趋势等内容。让我们一起深入 研究和探索pn结二极管的魅力吧！
一、pn结二极管基础知识
结构与特性
了解pn结的结构与特性对于 理解其工作原理至关重要。
电容的计算
提出设计更高效、更可靠的pn结二极管的挑战和机遇。
六、总结
电子技术的重要性
探讨pn结二极管在电子技术中的 重要性和推动力。
未来发展和前景
展望pn结二极管在未来的发展趋 势和应用前景。
深入研究和探索
鼓励大家深入研究和探索pn结二 极管的应用领域。
液晶显示屏
讲解液晶显示屏中pn结二极管的作用和优势， 推动显示技术的创新。
五、pn结二极管的未来趋势
1
纳米级尺寸的pn结二极管
展望纳米级尺寸的pn结二极管对于电子技术的革命性影响。
2
半导体材料的新发现和新应用
探索半导体材料的新领域，为pn结二极管的应用拓展出更多可能性。
3
设计更高效、更可靠的pn结二极管
学习如何计算pn结的电容， 对于电路设计和分析有很大 帮助。
正反向开启电压
探讨pn结正反向开启电压及 其在电子设备中的应用。
二、pn结二极管的工作原理ຫໍສະໝຸດ 1正向偏置和反向偏置
了解正向偏置和反向偏置在pn结二极管中的作用和影响。
2
IV特性谈
深入研究pn结二极管的IV特性曲线及其解读。
3
温度对pn结二极管的影响
探索pn结二极管在音 频和射频放大器中的 关键作用，提升信号 的功率。
四、pn结二极管的制作及特殊结构
硅材料的制备
雪崩光电二极管 ppt课件
2
3
4
5
6
7
8
The Multiplication Process
Measured values of ionisation coefficients e and h for some
common semiconductor materials, pl二极管 （APD）探测器
1
Avalanche Photodiode Detectors
The Multiplication Process Avalanche Photodiode Designs Avalanche Photodiode Bandwidth Avalanche Photodiode Noise
k = h/e
is found to lie in the range 0.01 to 100.
10
The Multiplication Process - Experimental Behaviour
Two factors limit the increase of Me, the multiplication factor for the injected electrons and hence I as the applied voltage approaches the breakdown voltage, VB, at which the values e and h satisfy the condition for breakdown, that is M->.
9
The Multiplication Process
We may define ionisation coefficients for electrons and holes, e and h respectively, as the probability that a given carrier will excite an electron-hole pair in unit distance. The coefficients increase so rapidly with increasing electric field strength, that it is often convenient to think in terms of a breakdown field, EB, at which avalanche excitation becomes critical, say becomes of the order 105 – 106 m-1. Graphs of e and h versus electric field are plotted for a number of semiconductors known to be of interest as detector materials. The curves refer to room temperature. As the temperature increases, the ionisation coefficients decrease, because the greater number of scattering collisions reduces the high-energy tail of the carrier energy distribution and hence reduces the probability of excitation. In some materials e >h, in others h>e, while in gallium arsenide and indium phosphide the two coefficients are approximately the same. The ratio
3
4
5
6
7
8
The Multiplication Process
Measured values of ionisation coefficients e and h for some
common semiconductor materials, pl二极管 （APD）探测器
1
Avalanche Photodiode Detectors
The Multiplication Process Avalanche Photodiode Designs Avalanche Photodiode Bandwidth Avalanche Photodiode Noise
k = h/e
is found to lie in the range 0.01 to 100.
10
The Multiplication Process - Experimental Behaviour
Two factors limit the increase of Me, the multiplication factor for the injected electrons and hence I as the applied voltage approaches the breakdown voltage, VB, at which the values e and h satisfy the condition for breakdown, that is M->.
9
The Multiplication Process
We may define ionisation coefficients for electrons and holes, e and h respectively, as the probability that a given carrier will excite an electron-hole pair in unit distance. The coefficients increase so rapidly with increasing electric field strength, that it is often convenient to think in terms of a breakdown field, EB, at which avalanche excitation becomes critical, say becomes of the order 105 – 106 m-1. Graphs of e and h versus electric field are plotted for a number of semiconductors known to be of interest as detector materials. The curves refer to room temperature. As the temperature increases, the ionisation coefficients decrease, because the greater number of scattering collisions reduces the high-energy tail of the carrier energy distribution and hence reduces the probability of excitation. In some materials e >h, in others h>e, while in gallium arsenide and indium phosphide the two coefficients are approximately the same. The ratio
第6章pn结ppt课件
p-n结的制作过程
衬底制备 → 氧化 → 光刻出窗口 → 从窗口掺入杂质 (高温扩散或离子注入) → 形成p-n结。
SiO2
n型衬底
1. ( 表面制备 )
杂质
n型衬底
2. ( 氧化 )
n型衬底
3. ( 光刻 )
n型衬底
4. ( 扩散 )
p
n型衬底
5. ( p-n结 )
6. ( 做电极 和封装等 )
不断升高，导致能带
上下-x移P 动0
xn
x
qVD EF Ei
W
内建电势 的求解
对内建电场作积分可得 内建电势（也称为 扩散电势）Vbi
Vbi
xn xp
E(x) dx
1 2
xn xp
Emax
s
2qN0
E2 max
1
或
Emax
2qN
s
0
Vbi
2
（2-10）
qV ( x)qVD
∴ n(x) nn0 e k0T
同理：
qVD qV ( x)
p(x) pn0 e k0T
qVD
np0 nn0e k0T
qVD
pn0 pp0e k0T
势垒区中，电子、空穴服从玻耳兹曼分布
多子浓度指数衰减，与相应的n区，p区体内相比，多 子好像被耗尽一样，因此一般常把势垒区叫耗尽区
ln
ni
EF Ei k0T
d (ln n) 1 ( dEF dEi )
dx
k0T dx dx
Jn
nqn
E
半导体物理 第六章 pn结ppt课件
E E cn x n n exp( ) x n 0 k T 0
qV ( x ) qV D n ) n 0exp( k T 0
当 X=Xn时，V(x)=VD,
n(x)=nn0
当 X=-Xp时，V(x)=0, n(-xp)=nn0
qV D n ( x ) n n exp( ) p p 0 n 0 k T 0
产生漂移电流
6.1.3
电子从费米能级高的n区流 向费米能级低的p区， 空穴从p流到n区。
最后，Pn具有统一费米能级EF,
EFn不断下移，EFp不断上 Pn结处于平衡状态。 移,直到EFn=EFp，
能带发生整体相对移动与pn结空 间电荷区中存在内建电场有关。
随内建电场(np)不断增大， V(x)不断降低，
使漂移电流〉扩散电流
少数载流子的抽取或吸出：n区边界nn’处的空穴被 势垒区强场驱向p区， p区边界pp’处的电子被驱向n 区。
qV D p p exp( ) n 0 p 0 k T 0
平衡时，pn结具有统一的费米 能级，无净电流流过pn结。 1. 外加电压下，pn结势垒的变化及载流子的运动 势垒区：载流子浓度很小，电阻很大； 势垒外：载流子浓度很大，电阻很小； 外加正向偏压主要降在势垒区；外加正向电场与 内建电场方向相反， 产生现象：势垒区电场减小，使势垒区空间电荷减小； 载流子扩散流〉漂移流， 净扩散流〉0 ； 宽度减小； 势垒高度降低(高度从qVD降到q（VD-V)
高温熔融的铝冷却后，n型硅片 上形成高浓度的p型薄层。
P型杂质浓度NA,
n型杂质浓度ND,
特点：交界面浓度发生突变。
在n型单晶硅片上扩散受主杂质，形成pn结。 杂质浓度从p到n 逐渐变化，称为缓变结。
PN结和二极管原理专题培训课件
其 中 ： np区 非 平 衡 电 子 寿 命 pN区 非 平 衡 空 穴 寿 命
正向电流-电压关系
I0
Aq
ni2 NA
Ln
n
ni2 ND
Lp
p
qU
I I0 (e kT 1)
I0 是不随外加正偏压而变化的。
在常温（300 K）下，可近似为
I I0eqUkT
qU
I I0 (eKT 1)
因 为 AqnpL0nDn pNL0pDpAqP nP i20
Dn ni2 Ln nN0
D Lpp
且 NAPp0， NDnNO， Ln Dnn， LP DPP
因此，I0AqN ni2ALnn N niD 2 Lpp
—— PN结势垒
3、PN结 接触电势差 For n-type region
n 0 N ce x p E c k T E F n n ie x p E F k n T E i N D
EFn
Ei
KTln
ND ni
For p-type region
2、能带状态图
接触时
电场
各自独立时
平衡后
没有外加电压，费米能级应处处相等； 即 ：两个区的费米能级拉平 。
电场方向是电势降落的方向；
定义电势能：EqU qe
能带图是按电子能量的高低画 EeU
P区电子的电势 能比N区的高
势能坡垒
空间电荷区
PN结接触电势差
在空间电荷区内，能带发生弯曲，电子从势能低的N区向势 能高的P区运动时，必须克服这个势能“高坡”
其中，负号表示载流子从浓度高的地方向浓度低的地方扩散
即载流子的浓度随 x 增加而减小，在 x 0 处（ X N 的边界
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
PN结电容和雪崩二极管
P+NN+雪崩二极管的结构及其内部电场分布
2021/3/11
15
载流子的增加或减小以一次 近似正比于叠加在击穿电压 的交变电压u(t)的瞬时值。 总的载流子电流是载流子增 量对于时间的积分。因此，如 外加电压是正弦交流波形，则 雪崩电流滞后外加交流电压 90°
此外，由于雪崩区产生的电子渡 过宽度为WD的漂移区需要一个渡 越时间τd，从平均上看外电路的 电流 ie 将落后 ia 二分之一个τd， 如果使外加交变电压的周期T为 2 τd ，则ie 刚好比外加电压滞后 180°，呈现负载特性。
（a）平衡PN结势垒区 （b）正偏时，势垒区变窄
3
（c）正偏时，的杂质离子组成的，所以空间电 荷的减少是由于n区的电子和p区 的空穴过来中和了势垒区中一部 分电离施主和电离受主，图(c)中 箭头A表示了这种中和作用。这 就是说．在外加正向偏压增加时， 将有一部分电子和空穴“存入” 势垒区。反之，当正向偏压减小 时，势垒区的电场增强，势垒区 宽度增加．空间电荷数量增多， 这就是有一部分电子和空穴从势 垒区中“取出”。
导－g和La、Ca及Cd（漂 移区电容）组成的等效电
路表示。
2021/3/11
17
• 由于雪崩二极管工作在击穿状态，电压和 电流的稳定性很重要。
• 特别是电压略有变化，就有可能导致电流 激增，使管子烧毁；
• 因此，雪崩二极管应该采用恒流源供电。
2021/3/11
18
雪崩二极管的应用
• 雪崩二极管是一种能产生微波振荡的负阻 器件，被广泛用于脉冲和多普勒雷达、相 控阵天线以及反射放大器中，作为本机振 荡或参量放大器的泵浦源。
2021/3/11
4
• 对于加反向偏压的情况，可作类似分析。
2021/3/11
15
载流子的增加或减小以一次 近似正比于叠加在击穿电压 的交变电压u(t)的瞬时值。 总的载流子电流是载流子增 量对于时间的积分。因此，如 外加电压是正弦交流波形，则 雪崩电流滞后外加交流电压 90°
此外，由于雪崩区产生的电子渡 过宽度为WD的漂移区需要一个渡 越时间τd，从平均上看外电路的 电流 ie 将落后 ia 二分之一个τd， 如果使外加交变电压的周期T为 2 τd ，则ie 刚好比外加电压滞后 180°，呈现负载特性。
（a）平衡PN结势垒区 （b）正偏时，势垒区变窄
3
（c）正偏时，的杂质离子组成的，所以空间电 荷的减少是由于n区的电子和p区 的空穴过来中和了势垒区中一部 分电离施主和电离受主，图(c)中 箭头A表示了这种中和作用。这 就是说．在外加正向偏压增加时， 将有一部分电子和空穴“存入” 势垒区。反之，当正向偏压减小 时，势垒区的电场增强，势垒区 宽度增加．空间电荷数量增多， 这就是有一部分电子和空穴从势 垒区中“取出”。
导－g和La、Ca及Cd（漂 移区电容）组成的等效电
路表示。
2021/3/11
17
• 由于雪崩二极管工作在击穿状态，电压和 电流的稳定性很重要。
• 特别是电压略有变化，就有可能导致电流 激增，使管子烧毁；
• 因此，雪崩二极管应该采用恒流源供电。
2021/3/11
18
雪崩二极管的应用
• 雪崩二极管是一种能产生微波振荡的负阻 器件，被广泛用于脉冲和多普勒雷达、相 控阵天线以及反射放大器中，作为本机振 荡或参量放大器的泵浦源。
2021/3/11
4
• 对于加反向偏压的情况，可作类似分析。
- 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)。
• 在这里，Xm相当于平行板电容器两极板的 间距．
.
6
• PN结势垒电容与平行板电容器的主要区别 在于:平行板电容器两极板间的距离d是一个 常数，它不随电压V变化，而空间电荷宽度 Xm不是一个常数，而是随电压V变化 的．因此平行板电容器的电容是常数，而 PN结的势垒电容是偏压V的函数．通常所 说的PN结电容是指在一定的直流外加偏压 下，当电压有一微小变化σV时，相应的电 荷变化量σQ与σV的比值，一般称它为微分 电容．
.
19
此外，雪崩二极管具有和 齐纳二极管相似的伏安特 性曲线，在击穿状态时， 电流在很宽的范围内变化时， 二级管两端电压保持稳定。 因此，雪崩二极管亦可用于 稳压电源电路中。
雪崩二极管用于稳压
.
20
Thanks
.
21
.
9
• 所以外加电压变化时，n区扩散区内积累的 非平衡空穴也增加．与它保持电中性的电 子也相应增加。
• 同样,p区扩散区内积累的非平衡电子和与它 保持电中性的空穴也要增加。
• 这种由于扩散区的电荷数量随外加电压的 变化所产生的电容效应．称为p—n结的扩 散电容。
.
10
• 实验发现，PN结的势垒电容和扩散电容都 随外加电压而变化，表明它们是可变电容。 因此，引入微分电容的概念来表示PN结的 电容。
• 这些电子和空穴在高压作用下又去碰撞其他的原 子，产生更多的电子－空穴对。如此链锁反应， 一下子就会产生出大量的电子－空穴对，以致通 过PN结的反向电流猛增，于是出现PN结击穿现 象。
.
ห้องสมุดไป่ตู้13
PN结雪崩击穿示意图
因为这种击穿现 象发生时，电流 的猛增象雪崩一 样，所以常称为 雪崩击穿。
.
14
2.雪崩二极管的工作原理
表示。
.
17
• 由于雪崩二极管工作在击穿状态，电压和 电流的稳定性很重要。
• 特别是电压略有变化，就有可能导致电流 激增，使管子烧毁；
• 因此，雪崩二极管应该采用恒流源供电。
.
18
雪崩二极管的应用
• 雪崩二极管是一种能产生微波振荡的负阻 器件，被广泛用于脉冲和多普勒雷达、相 控阵天线以及反射放大器中，作为本机振 荡或参量放大器的泵浦源。
（a）平衡PN结势垒区 （b）正偏时，势垒区变窄
.
3
（c）正偏时，PN结载流子变化
因为空间电荷是由不能移动 的杂质离子组成的，所以空间电 荷的减少是由于n区的电子和p区 的空穴过来中和了势垒区中一部 分电离施主和电离受主，图(c)中 箭头A表示了这种中和作用。这 就是说．在外加正向偏压增加时， 将有一部分电子和空穴“存入” 势垒区。反之，当正向偏压减小 时，势垒区的电场增强，势垒区 宽度增加．空间电荷数量增多， 这就是有一部分电子和空穴从势 垒区中“取出”。
雪崩二极管正常工作时应处在 反偏击穿状态。
当反偏压大到使靠近P+区的 一层空间电荷区WA以内的电 场强度超过雪崩击穿的数值 时，则该薄膜内就先出现载 流子雪崩倍增现象。这时， 可以维持任意大小的电流。 当电场短时间地进一步升高 时，电流将增长，当电场减 小时，电流减小。
P+NN+雪崩二极管的结构及其内部电场分布
外加电场、雪崩电流和外电路感应电流间的相位关系
.
16
雪崩二极管的等效电路及振荡电路
对雪崩区(WA以内)而言， 其雪崩电流ia落后于外电 压90°，因而可以用一个
电感La来等效它。它与结 电容Ca构成一个并联谐振 回路，当fa＝fd时，则负载 效应最显著。所以，雪崩
二极管可以用一个负电导
－g和La、Ca及Cd（漂移 区电容）组成的等效电路
.
4
• 对于加反向偏压的情况，可作类似分析。
• 总之，PN结上外加电压的变化，引起了电 子和空穴在势垒区的“存入”和“取出” 作用，导致势垒区的空间电荷数量随外加 电压而变化，这和一个电容器的充放电作 用相似。
• 这种PN结的电容效应称为势垒电容。
.
5
• PN结势垒电容和平行板电容器一样，电容 值的大小正比于面积S，反比于空间电荷区 的厚度Xm,
.
11
雪崩二极管
• 1.PN结的雪崩击穿 • 2.雪崩二极管的工作原理 • 3.雪崩二极管的应用
.
12
1.PN结的雪崩击穿
• 在PN结上加以反向电压，当反向电压增加时，空 间电荷区中电场随着增加，载流子在空间电荷区 (耗尽层)中漂移运动时将受到强电场的加速作用， 获得巨大的动能，使得载流子在碰撞到原子时， 有可能产生电子－空穴对。
.
15
载流子的增加或减小以一次 近似正比于叠加在击穿电压 的交变电压u(t)的瞬时值。 总的载流子电流是载流子增 量对于时间的积分。因此，如 外加电压是正弦交流波形，则 雪崩电流滞后外加交流电压 90°
此外，由于雪崩区产生的电子渡 过宽度为WD的漂移区需要一个渡 越时间τd，从平均上看外电路的 电流 ie 将落后 ia 二分之一个τd， 如果使外加交变电压的周期T为 2 τd ，则ie 刚好比外加电压滞后 180°，呈现负载特性。
PN结电容和雪崩二极管
严凯 04720036
.
1
PN结电容
• PN结有整流效应，但是它又包含着破坏整 流特性的因素。这个因素就是PN结的电容。
• PN结电容包括势垒电容和扩散电容两部分。
.
2
势垒电容
当p—n结加正向偏压时，势垒区 的电场随正向偏压的增加而减弱， 势垒区宽度变窄，空间电荷数量 减少，如图(a)、(b)所示。
.
7
扩散电容
• 正向偏压时，有空穴从p区注入n区，于是 在势垒区与n区边界n区一侧一个扩散长度 内，便形成了非平衡空穴和电子的积累，
• 同样在p区也有非平衡电子和空穴的积累。
.
8
当正向偏压增加时，由p区注入 到n区的空穴增加，注入的空穴 一部分扩散走了，如图(c)中箭头 B所示。
一部分则增加了n区的空穴积累， 增加了浓度梯度，如图(c)中箭头 C所示。
.
6
• PN结势垒电容与平行板电容器的主要区别 在于:平行板电容器两极板间的距离d是一个 常数，它不随电压V变化，而空间电荷宽度 Xm不是一个常数，而是随电压V变化 的．因此平行板电容器的电容是常数，而 PN结的势垒电容是偏压V的函数．通常所 说的PN结电容是指在一定的直流外加偏压 下，当电压有一微小变化σV时，相应的电 荷变化量σQ与σV的比值，一般称它为微分 电容．
.
19
此外，雪崩二极管具有和 齐纳二极管相似的伏安特 性曲线，在击穿状态时， 电流在很宽的范围内变化时， 二级管两端电压保持稳定。 因此，雪崩二极管亦可用于 稳压电源电路中。
雪崩二极管用于稳压
.
20
Thanks
.
21
.
9
• 所以外加电压变化时，n区扩散区内积累的 非平衡空穴也增加．与它保持电中性的电 子也相应增加。
• 同样,p区扩散区内积累的非平衡电子和与它 保持电中性的空穴也要增加。
• 这种由于扩散区的电荷数量随外加电压的 变化所产生的电容效应．称为p—n结的扩 散电容。
.
10
• 实验发现，PN结的势垒电容和扩散电容都 随外加电压而变化，表明它们是可变电容。 因此，引入微分电容的概念来表示PN结的 电容。
• 这些电子和空穴在高压作用下又去碰撞其他的原 子，产生更多的电子－空穴对。如此链锁反应， 一下子就会产生出大量的电子－空穴对，以致通 过PN结的反向电流猛增，于是出现PN结击穿现 象。
.
ห้องสมุดไป่ตู้13
PN结雪崩击穿示意图
因为这种击穿现 象发生时，电流 的猛增象雪崩一 样，所以常称为 雪崩击穿。
.
14
2.雪崩二极管的工作原理
表示。
.
17
• 由于雪崩二极管工作在击穿状态，电压和 电流的稳定性很重要。
• 特别是电压略有变化，就有可能导致电流 激增，使管子烧毁；
• 因此，雪崩二极管应该采用恒流源供电。
.
18
雪崩二极管的应用
• 雪崩二极管是一种能产生微波振荡的负阻 器件，被广泛用于脉冲和多普勒雷达、相 控阵天线以及反射放大器中，作为本机振 荡或参量放大器的泵浦源。
（a）平衡PN结势垒区 （b）正偏时，势垒区变窄
.
3
（c）正偏时，PN结载流子变化
因为空间电荷是由不能移动 的杂质离子组成的，所以空间电 荷的减少是由于n区的电子和p区 的空穴过来中和了势垒区中一部 分电离施主和电离受主，图(c)中 箭头A表示了这种中和作用。这 就是说．在外加正向偏压增加时， 将有一部分电子和空穴“存入” 势垒区。反之，当正向偏压减小 时，势垒区的电场增强，势垒区 宽度增加．空间电荷数量增多， 这就是有一部分电子和空穴从势 垒区中“取出”。
雪崩二极管正常工作时应处在 反偏击穿状态。
当反偏压大到使靠近P+区的 一层空间电荷区WA以内的电 场强度超过雪崩击穿的数值 时，则该薄膜内就先出现载 流子雪崩倍增现象。这时， 可以维持任意大小的电流。 当电场短时间地进一步升高 时，电流将增长，当电场减 小时，电流减小。
P+NN+雪崩二极管的结构及其内部电场分布
外加电场、雪崩电流和外电路感应电流间的相位关系
.
16
雪崩二极管的等效电路及振荡电路
对雪崩区(WA以内)而言， 其雪崩电流ia落后于外电 压90°，因而可以用一个
电感La来等效它。它与结 电容Ca构成一个并联谐振 回路，当fa＝fd时，则负载 效应最显著。所以，雪崩
二极管可以用一个负电导
－g和La、Ca及Cd（漂移 区电容）组成的等效电路
.
4
• 对于加反向偏压的情况，可作类似分析。
• 总之，PN结上外加电压的变化，引起了电 子和空穴在势垒区的“存入”和“取出” 作用，导致势垒区的空间电荷数量随外加 电压而变化，这和一个电容器的充放电作 用相似。
• 这种PN结的电容效应称为势垒电容。
.
5
• PN结势垒电容和平行板电容器一样，电容 值的大小正比于面积S，反比于空间电荷区 的厚度Xm,
.
11
雪崩二极管
• 1.PN结的雪崩击穿 • 2.雪崩二极管的工作原理 • 3.雪崩二极管的应用
.
12
1.PN结的雪崩击穿
• 在PN结上加以反向电压，当反向电压增加时，空 间电荷区中电场随着增加，载流子在空间电荷区 (耗尽层)中漂移运动时将受到强电场的加速作用， 获得巨大的动能，使得载流子在碰撞到原子时， 有可能产生电子－空穴对。
.
15
载流子的增加或减小以一次 近似正比于叠加在击穿电压 的交变电压u(t)的瞬时值。 总的载流子电流是载流子增 量对于时间的积分。因此，如 外加电压是正弦交流波形，则 雪崩电流滞后外加交流电压 90°
此外，由于雪崩区产生的电子渡 过宽度为WD的漂移区需要一个渡 越时间τd，从平均上看外电路的 电流 ie 将落后 ia 二分之一个τd， 如果使外加交变电压的周期T为 2 τd ，则ie 刚好比外加电压滞后 180°，呈现负载特性。
PN结电容和雪崩二极管
严凯 04720036
.
1
PN结电容
• PN结有整流效应，但是它又包含着破坏整 流特性的因素。这个因素就是PN结的电容。
• PN结电容包括势垒电容和扩散电容两部分。
.
2
势垒电容
当p—n结加正向偏压时，势垒区 的电场随正向偏压的增加而减弱， 势垒区宽度变窄，空间电荷数量 减少，如图(a)、(b)所示。
.
7
扩散电容
• 正向偏压时，有空穴从p区注入n区，于是 在势垒区与n区边界n区一侧一个扩散长度 内，便形成了非平衡空穴和电子的积累，
• 同样在p区也有非平衡电子和空穴的积累。
.
8
当正向偏压增加时，由p区注入 到n区的空穴增加，注入的空穴 一部分扩散走了，如图(c)中箭头 B所示。
一部分则增加了n区的空穴积累， 增加了浓度梯度，如图(c)中箭头 C所示。