秋低频电子线路常用半导体器原理PPT课件

PN结的其它名称 自建电场 势垒区 阻挡层
PN结很窄（几个到几十个 m)。
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耗尽层的特点
耗尽层的 区域范围大小 与掺杂浓度 有关
对称结（PN） 非对称结（PN+ 或 P+N）
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非对称PN结
耗尽区
P＋
N
耗尽区
P
N＋
(a)
(b)
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势垒区的作用
扩散运动＞漂移运动 称为 “正向导通”
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PN结外加正向电压（图）
耗尽区
＋
内电场
－
U
UB－U
E
R
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(2) PN结外加反向电压
反向偏置(Negative Biasing)
正确接法：P接电源负，N接电源正
产生效果：外电场与内电场方向相同（增 强内电场），使PN结变宽。
势垒区 使自由电子和空穴的扩散运动受阻 （要爬一个高坡）。
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自建电场
Ur
UT
ln
pp pn
UT
ln nn np
UT
ln
NAND ni2
其中 UT = KT/q ， 热当量电压 当 T = 300K时， UT≈26mV
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4.2.2 PN结的单向导电特性
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（2）PN结电容特性
PN结 还可呈现 电容效应 有两种电容效应
势垒电容(Barrier Capacitance) 扩散电容(Diffusion Capacitance)
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势垒电容 CT
是PN结 外加反向偏置时，引起 空间电荷区 体积的变化（相当电容的极板间距变化和电荷 量的变化）引起的电容效应。
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第四章 常用半导体器件原理
4.1半导体物理基础
物质按导电性能分类 半导体三大特性 本征半导体 共价键结构 两种载流子的概念 载流子的产生 杂质半导体 半导体中的电流
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本节课内容
4.2 PN结
PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的击穿特性 PN结的电容特性 PN结的电阻特性 PN结的温度特性
CT = dQ/du = CTO /(1 －u/UB)n ＝S/d
其中: CTO 为外加电压 u=0 时的CT；n 为变容系数（决定 于材料的杂质分布，一般取 1/2~1/3）; UB为PN结内建电 压。为介电常数，S为PN结面积，d为耗尽层宽度。
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势垒电容CT原理（图）
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4.2 PN结
PN结是通过采用半导体工艺制作，使N型和 P型半导体在其结合处（界面）所形成的一 种特殊结构（薄层），它具有特殊的物理 性质。
PN结是构成半导体器件的核心结构。 PN结是半导体器件的心脏。
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PN结形成（图示）
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4.2.1 PN结的形成
当外加电压时，PN结的结构将发生一些变 化（空间电荷区的宽窄变化）。
外加电压施加于PN结的不同方向，其效果 是根本不同的。
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(1) PN结外加正向电压
正向偏置（Positive Biasing)
正确接法：P接电源正，N接电源负
产生效果：外电场与内电场方向相反（削 弱内电场），使 PN结变窄。
－10
(μA)
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4.2.3 PN结电阻特性和电容特性
PN结还存在 两种特性：
电阻特性(Resistance Characteristic) 电容特性(Capacitance Characteristic)
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(1) PN结电阻特性
两种电阻
静态电阻
（直流电阻 DC Resistance ）
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PN结伏安特性
(Voltampere Chwenku.baidu.comracteristic)
由上式
i
=
IS（e
u/U T
－1）
当u为正时 i ≈ IS（e + u /UT ）
PN结外加正电压时，流过电流为正电压的e指
数关系。
当u为负时
i=
IS（e
－u/U T
－1）
≈ － IS
PN结外加负电压时流过电流为饱和漏电流。
PN结形成 的 “三步曲”
（1）多数载流子的 扩散运动。 （2）空间电荷区和少数载流子的 漂移运动。 （3）扩散运动与漂移运动的 动态平衡。 ----精品课网站有动态演示
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势垒区的形成（图示）
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空间电荷区（耗尽层）
PN结建立在在N型和P型半导体的结合处，由于扩 散运动，失空穴和电子后形成不能移动的负离子 和正离子状态，这个区域称为 空间电荷区（耗尽 层）。
≈ (△Q n/ △u)
(对PN+结）
≈ (n i / △uT)
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扩散电容 CD
是PN结外加正向偏置时，引起 扩散浓 度梯度变化 出现的电容（电荷）效应。
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扩散电容CD （图）
N耗 尽
区区
P区
0
np
x
②
np(0)
ΔQn ①
np0
0
x
Ln
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扩散电容CD
CD = △Q / △u
= (△Q n/ △u) + (△Qp/ △u)
扩散运动＜漂移运动 称为“反向截止”
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PN结外加反向电压（图）
耗尽区
－ E
内电场 ＋
U UB＋U
R
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(3) PN结电流方程
流过PN结的电流i与外加电压 u 之间关系为
i= IS（e qu/KT －1)
=
IS（e
u/U T
－1)
其中 UT= kT/q IS --- 反向饱和电流
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PN结伏安特性
单向导电性(Unidirectional Conductibility)
正向导通(Positive Conduction) 反向截止(Negative Cut-off)
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PN结伏安特性（图示）
i/mA
30
20
10 －0.5 0
－5
0.5
u/V
R = UD/ ID
动态电阻
（交流电阻 AC Resistance ）
r = △u / △i
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PN结电阻特性(图）
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PN结电阻特性
可以看出静态电阻和动态电阻均与 静态工 作点（Q点）有关。
静态电阻（直流电阻）是工作点斜率的 割线 (直线斜率的倒数）。
动态电阻（交流电阻）是工作点斜率的 切线 （切线斜率的倒数）。