學(xué)習(xí)線電講義陸廣華ch

1、University of Sciennd Technology of China§2.2 PN結(jié)lugh2012年9月25日1. PN結(jié)的形成2§2.2 PN結(jié)1. PN結(jié)的形成n 多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散¨ 濃度梯度引起多數(shù)載流子做擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在交界面附近 形成空間電荷區(qū)，并逐步擴(kuò)大¨ 內(nèi)電場(chǎng)逐步增大，阻擋了多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，減緩空間 電荷區(qū)的進(jìn)一步擴(kuò)大IFP型N型3§2.2 PN結(jié)1. PN結(jié)的形成n 少數(shù)載流子的漂移¨ 少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下做漂移運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)充了多子， 使空間電荷區(qū)變薄，并減小了內(nèi)電場(chǎng)IRIF4§2.2 PN

2、結(jié)1. PN結(jié)的形成n 動(dòng)態(tài)平衡形成PN結(jié)動(dòng)態(tài)平衡條件：IF= IRn 說明¨ 動(dòng)態(tài)平衡的PN結(jié)是電中性的，沒有電流流過¨ 幾個(gè)名稱：n 空間電荷區(qū)：濃度梯度、擴(kuò)散、內(nèi)電場(chǎng)。n 阻擋層：內(nèi)電場(chǎng)減弱了擴(kuò)散過程、阻擋作用、阻擋層。n 耗盡層：由于PN結(jié)中只有不能移動(dòng)的正負(fù)離子，故而 具有很高的電阻率，又稱為耗盡層。5§2.2 PN結(jié)2.單向?qū)щ娦詎 電路符號(hào)6§2.2 PN結(jié)（1）正向特性n 正向偏置及其伏安特性IF> IRI0VVIDn 說明¨ 正向偏置時(shí)，二極管電流ID主要由多數(shù)載流子形成，一般為mA量級(jí)§2.2 PN結(jié)7（1）

3、正向特性n 導(dǎo)通電壓¨ 定義電流明顯上升時(shí)對(duì)應(yīng)的二極管兩端電壓VD為二極管的導(dǎo)通電壓，記為VDONIìSi :VDON0.7Ví= 0.3VîGe :VDON0VDONV8§2.2 PN結(jié)（1）正向特性n 說明¨ 二極管導(dǎo)通狀態(tài)下，兩端的電壓VD動(dòng)態(tài)范圍其實(shí)比較小，但電流ID變化范圍較大，較小的電壓變化可引起較 大的電流變化¨ 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，二極管兩端的正向電壓VD不宜過大，應(yīng)串入限流電阻R，以防工作電流值超過二極管的額定正向工作電流，燒毀管子IIREDV0VDONV9§2.2 PN結(jié)（2）反向特性n 反向偏置及其伏

4、安特性IF < IRIIs0VIDVn 反向飽和電流¨ 反向飽和電流是指二極管在規(guī)定的正常工作條件下，流過二極管的最大反向電流，記為Is§2.2 PN結(jié)10Is（2）反向特性n 說明¨ 二極管的反向飽和電流Is主要是少數(shù)載流子形成，一般 為pAnA量級(jí)¨ 由于少數(shù)載流子受溫度影響比較大，因此Is受溫度變化 的影響較大11§2.2 PN結(jié)（2）反向特性n PN結(jié)二極管的非線性伏安特性¨ 正向偏置時(shí)，電流隨電壓呈非線性增長(zhǎng)，導(dǎo)通¨ 反向偏置時(shí)，反向電流很快達(dá)到飽和，截止V12§2.2 PN結(jié)IIs0（3）理想PN

5、結(jié)的伏安特性n PN結(jié)二極管的單向?qū)щ娦?#230;ö qV數(shù)學(xué)模型：I = Is-1÷ç e KTèø(eV VT-1)令V= KT / q Þ I = ITs= 26mV室溫下（T=300K）：VT13§2.2 PN結(jié)（3）理想PN結(jié)的伏安特性Ve VTn 1V >> VT>> 1VI » IVTesV<< 1VT>> Vn 2eV 加反壓且VTI » -Is14§2.2 PN結(jié)3.反向擊穿特性n PN結(jié)反向擊穿¨ 當(dāng)PN結(jié)二極管反向

6、偏壓增至一定值的時(shí)候，反向電流 會(huì)急劇增大，此時(shí)的PN結(jié)二極管呈現(xiàn)很小的電阻，稱 這種現(xiàn)象為PN結(jié)反向擊穿IVBRIs0VIV15§2.2 PN結(jié)VBR3.反向擊穿特性n 反向擊穿電壓¨ 加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將管子 擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?，?duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿 電壓，記為VBR¨ 反向擊穿后，二極管兩端電壓可以維持為VBR不再變化n 雪崩擊穿¨ 外部反壓很大時(shí)，少數(shù)載流子攜帶一定的能量與對(duì)方 原子產(chǎn)生碰撞，致使對(duì)方原子產(chǎn)生電離，電離后的電子和空穴在反壓作用下，產(chǎn)生持續(xù)的碰撞，使子產(chǎn)生電離，類似于雪崩現(xiàn)象，故稱作雪崩擊穿原16

7、7;2.2 PN結(jié)3.反向擊穿特性n 雪崩擊穿特點(diǎn)-1¨ 雪崩擊穿一般發(fā)生在摻雜濃度比較低的PN結(jié)中，空間 電荷區(qū)較寬，碰撞幾率大n 雪崩擊穿特點(diǎn)-2¨ 需要足夠高的反向電壓才能在空間電荷區(qū)產(chǎn)生雪崩擊 穿17§2.2 PN結(jié)3.反向擊穿特性n 齊納擊穿¨ 當(dāng)加上一定的反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)可以建立很強(qiáng) 的電場(chǎng)，該電場(chǎng)足以將原子間的共價(jià)鍵的價(jià)電子拉出來形成電子空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，產(chǎn)生場(chǎng)致激發(fā)效應(yīng)， 稱為齊納擊穿18§2.2 PN結(jié)3.反向擊穿特性n 齊納擊穿特點(diǎn)-1¨ 一般發(fā)生在高摻雜的PN結(jié)中，空間電荷區(qū)較薄，易產(chǎn) 生場(chǎng)致激發(fā)效應(yīng)n 齊

8、納擊穿特點(diǎn)-2¨ 所需反向擊穿電壓較低，一般低于6V19§2.2 PN結(jié)3.反向擊穿特性n 電擊穿，可逆n 熱擊穿，不可逆n 利用此特性制作穩(wěn)壓二極管20§2.2 PN結(jié)4.結(jié)電容n PN結(jié)電容¨ 當(dāng)PN結(jié)端電壓發(fā)生變化時(shí)，PN結(jié)空間電荷區(qū)的正負(fù)離 子的數(shù)量也要隨著變化，向?qū)Ψ絽^(qū)擴(kuò)散注入的多數(shù)載流子數(shù)目也將隨之變化，PN結(jié)將呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為PN結(jié)電容21§2.2 PN結(jié)4.結(jié)電容n 勢(shì)壘電容¨ 外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的厚度會(huì)隨之變化，稱 由此產(chǎn)生的電容效應(yīng)為勢(shì)壘電容n 擴(kuò)散電容¨ 多數(shù)載流子濃度梯度隨外加電壓變化而發(fā)生變化，從而使PN結(jié)呈現(xiàn)出一種電容效應(yīng)，由于它主要是載流子擴(kuò)散而引起的，稱為擴(kuò)散電容22§2.2 PN結(jié)4.結(jié)電容n 結(jié)電容特點(diǎn)-1¨ 在正向偏置下，電壓變化