PN结的击穿与习题解答

计算得x d=3.8×10- 4cm=3.8um
用公式
xn

Na Na Nd
xm
xp

Nd Na Nd
xm
分别计算得x n= 0.633um , x p=3.167um
课后习题解答
最大电场强度为
Emax
[s2(N qNAANNDD)Vbi
1
]2
直接代入数据可得
E m a x =1.28×105V/cm
为碰撞电离率，用 i 表示。
二、雪崩击穿
碰撞电离率强烈的依赖电场强度，只 有电场强度达到一定值才会表现出；
碰撞电离的效果---产生新的电子-空穴 对
二、雪崩击穿
2、雪崩倍增和雪崩击穿
（1）物理过程：
PN结反偏情况下，空间电荷区电场强度加大，
p 区中 电 子 经势垒区被扫向 n
n
空穴
p
与流入势垒区的原始载流子电流之比称为雪
崩倍增因子，用M表示。
用
xd 0

d
i
x
表示一个载流子通过势垒区
产生的电子空穴对，记流入的电流为I入。
二、雪崩击穿
3、雪崩击穿电压
（1）击穿条件 M
xd 0

d
i
x

1
物理意义：每个进入势垒区的载流子能产生新的电 子-空穴对，新的电子-空穴对又产生新的电子-空 穴对。
kT q
ln
NAND ni2
其中其中 k T
q
＝0.0259，q= 1.61019
常温时硅本征浓度为n i=1.5×1010个/cm3 代入数据计算得V bi=0.968V
课后习题解答
运用耗尽层宽度公式
1
其中
xd
2qs
gNA ND NAgND
Vbi
2
s r0 1 1 .7 8 .8 5 1 0 1 4 1 0 1 2
1
当
25

A

qs
2(Vbi
ND V
')
2
将两式相比得到V’=44V
例子3 教材P75 习题14
课后习题解答
课后作业： 教材P76 习题15、18、22、28、 34 、38、
x
三、齐纳击穿
在图中，PN结势垒区内价带 中点A处的电势与导带中点B 处的电势相等，两点之间的 距离d就是隧道长度。
当反向电压增大，势垒
区的电场变大，从而使隧道 长度d缩短
不具有能量EG的电子有机 会从A点通过隧道效应直接到 B点
EC
C
EG
N
B
EV
A
d
P
三、齐纳击穿
做相似三角形，得到
q(Vbi V) EG
xd
d
变形得
d EG xd q(Vbi V )
隧道长度为
d EG qE max
三、齐纳击穿
当反向电压V增大到使势垒区中最大电 场达到一个临界值时，隧道长度d也就小到 一个临界值，这时大量的P区价电子会通过 隧道效应流入N区导带，使隧道电流急剧增 加，
这种现象称为“隧道”击穿或者齐纳击 穿。
二、雪崩击穿
（2）击穿电压定量结论
由于
xd 0

dx
i

1
可以求解出不同掺杂PN结
所要加的外加反向偏压，即为击穿电压VB
当V= VB 时，M→∞
三、齐纳击穿
1、齐纳击穿原理
根据量子理论，电子具有波动性，可以有一 定的几率穿过位能比电子动能高的势垒区， 这种现象称为隧道效应
电子能量
位能 电子动能
三、齐纳击穿
隧道长度d正比于势垒宽度xd，
而
1
d xd NB
所以，高掺杂主要击穿机理是隧道击穿，而低掺杂主 要击穿机理是雪崩击穿；
隧道击穿电压较低，雪崩击穿电压较高；一般 VB 4 EG q 为隧道击穿，
VB 6 EG q 为雪崩击穿
课后习题解答
教材p74,习题3
利用公式
Vbi

势垒电场↑
电 子 经过势垒区被加速到足够大的速度
空穴
在势垒区出现碰撞电离
离开势垒区的电流
大于进入势垒区的电流，称为雪崩倍增
二、雪崩击穿
电场足够强
新产生的电子空穴对在
运动中又产生碰撞电离
出现连锁反应，使流出势垒区的电流 趋于无穷大，发生击穿，称为雪崩击穿
二、雪崩击穿
（2）倍增因子M
包括雪崩倍增作用在内的流出势垒区的总电流
PN结的击穿
西南科技大学理学院
PN结的击穿
一、击穿现象 当PN结的反向电压增大到某一值VB时,
反向电流会突然变得很大，这种现象叫做 PN结的反向击穿， VB称为击穿电压。
VB 0
反向 电压
反向 电流
二、雪崩击穿
1、雪崩击穿现象 （1）碰撞电离和碰撞电离率 碰撞电离：高速运动的载流子与晶格碰撞能
碰撞出晶格上的价电子，结果产生新的电 子-空穴对 碰撞电离率：一个载流子经过单位距离能够 通过碰撞电离产生的电子-空穴对数目，称
ND = NA 在
1
xd
2qs
gNNAAgNNDD(Vbi
2 V)

中忽略分子中 的，得到
1
xd


2
q
s
gVbi V ND
2
课后习题解答
由平行板电容公式 C T
直接得到
1
CT

A

qs
2(Vbi
ND V
)

2
A
s xd
当V＝－2V时，CT 100PF
课后习题解答
例子2 若采用一个P+N突变结作变容二极管。该P+N
结的内建电势Vbi=0.8V。在反向偏置电压为 2V时，势垒电容为100pF。 如果要得到25pF的电容，反向偏置电压应该 为多大？ 若轻掺杂一边的掺杂浓度为1014/cm3，该P+N 结的结面积是多大？
课后习题解答
பைடு நூலகம்
对于单边突变结 P N ,