晶體管原理筆記

本文格式為Word版，下載可任意編輯——晶體管原理筆記第一章PN結相關

1.1突變結：n型區(qū)中施主雜質濃度為ND，并且均勻分布;p型區(qū)中的受主雜質濃度為

NA，也均勻分布。在交界面處，雜質由NA突變?yōu)镹D。尋常，將這種雜質分布具有突變規(guī)律的p-n結，稱為突變結。

1.2緩變結：在擴散結中，雜質濃度從p區(qū)到N區(qū)是逐漸變化的，尋常稱為緩變結。1.3雜質濃度梯度：線性緩變結的雜質分布可表示為ND?NA?xj式中αj是xj處?jx?切線的斜率，稱為雜質濃度梯度，由擴散雜質的實際分布確定。

1.4把在PN結附近的這些電離施主和電離受主所帶的電荷，稱為空間電荷。空間電荷所存在的區(qū)域，稱為空間電荷區(qū)。由于在該區(qū)域沒有載流子，因此，空間電荷區(qū)又稱為載流子耗盡層。

1.5內建電勢差：PN結平衡時能帶是彎曲的，N區(qū)相對于p區(qū)能帶降低eVD。N區(qū)與P區(qū)的電勢差VD稱為內建電勢差。kT?NN?

Bad?VD?ln?2??e?ni?1.6非平衡少子的分布：

eV正向少數(shù)載流子的分布np(xp)?n0ep0eVpn(xn)?pne

kBTkBT0?eV/k??pn(xn)?pne反向的少數(shù)載流子分布?0?eV/k??np(xp)?ppeBT

1.7理想PN結：

（1）小注入條件注入的少子濃度遠小于平衡多子濃度。

（2）勢壘區(qū)耗盡近似在勢壘區(qū)內自由載流子全部耗盡，空間電荷密度等于電離雜質的電荷密度。

（3）電中性近似外加電壓和接觸電勢差都作用在耗盡層上，耗盡層外的半導體為電中性，沒有電壓降。

（4）恒電流近似通過耗盡層的電子電流和空穴電流為常數(shù)，不考慮耗盡層中載流子的產生及復合作用。

（5）非簡并近似非平衡少子的濃度遠小于?

DD1.8肖克萊方程：j?en0n?ep0pspnllpn

1.9單向導電性：外加正向偏壓時，有正向電流流過；而在外加反向偏壓時，反向電流很小并迅速趨于飽和。

1.10影響PN結伏安特性的因素：*表面效應

（1）表面電荷引起的勢壘區(qū)在二氧化硅層中，一般都含有一定數(shù)量的正電荷（如Na離子等），它們將吸引或排斥半導體內的載流子，從而形成表面空間電荷區(qū)。

（2）硅-二氧化硅的界面態(tài)在二氧化硅層與硅的交界面處，往往存在相等數(shù)量的、位于禁帶的能級，稱為界面態(tài)（表面態(tài)），它們與半導體內的雜質能級類似，可以起到復合中心的作用。

（3）表面溝道電流當襯底雜質濃度較低且SiO2膜中正電荷較多時，襯底表面將出現(xiàn)反型

?3BT層，并與擴散層相連，使PN結面積增大，因而反向電流增大。

（4）表面漏導電流當PN結表面由于材料原因，或吸附水氣、金屬離子等而引起表面污染時，宛如在PN結表面并聯(lián)了一個附加電導，因而將引起表面漏電，使反向電流增加。*勢壘區(qū)中的產生電流和復合

（1）正向偏壓下的復合電流在正向電壓下，p區(qū)的空穴和N區(qū)的電子進入勢壘區(qū)，使載流子濃度高于平衡值，從而導致復合率大于產生率。因此，一部分電子-空穴發(fā)生復合，形成復合電流，而不流過PN結。

（2）反向偏壓下的產生電流在反向電壓下，由于勢壘區(qū)對載流子的抽取，空間電荷區(qū)內載流子濃度低于平衡值，故電子-空穴對的產生率大于復合率，因此勢壘區(qū)存在產生電流。

*大注入條件

1.大注入時，空穴電流密度與p區(qū)的雜質濃度NA無關。2.大注入時，相當于少子擴散系數(shù)大了一倍。

3.大注入時，正向電流隨外加電壓增加上升緩慢。

*串聯(lián)電阻效應

當電流流過串聯(lián)電阻時，PN結上的實際電壓應為V?V?IR即，串聯(lián)電阻將導致PN結上實際電壓降低，從而使電流隨電壓的上升的趨勢變慢。*溫度的影響

1.11.PN結電容，它主要包括勢壘電容和擴散電容兩部分。1.12.勢壘電容：我們將PN結勢壘區(qū)空間電荷量隨外加電壓變化的電容效應稱為勢壘電容，用CT表示。

1.13.擴散電容：由于擴散區(qū)電荷數(shù)量隨外加電壓變化所產生的電容效應，稱為PN結的擴

散電容，用CD表示。?2???Na?Nd1.14.勢壘寬度：xD?VD?????e????NaNd

當PN結上加偏壓V時，勢壘區(qū)上總xD?電壓為VD?V，則勢壘寬度可推廣為????VD?2??V????e??Na?Nd??????NaNd????e?NaNd1.15.勢壘電容C??T2(Na?Nd)(VD?V)

PN結面積為S，則PN結的勢壘電容為CT?S12?VD3x?1.16.線性緩變結勢壘寬度：De?j2e?j?1.17.線性緩變結勢壘電容C?S3T12VD?V?1.18.PN結等效電路：e?NaNd2(Na?Nd)(VD?V)PN結二極管的等效電路如下圖。

1.20正向偏壓等效電路：

1.21.反向偏壓等效電路

1.22.理想開關特性：理想開關在“開〞態(tài)時電阻為零、電壓降也為零。理想開關在“關〞態(tài)時電阻應當是無窮大、電流為零。

1.23.PN結電荷存儲過程：PN結在正向偏壓下存儲了大量電荷的過程稱為電荷存儲過程。1.24.ts稱為存儲時間，tf稱為下降時間，tr=ts+tf則稱為反向恢復時間。

1.25.反向恢復過程：在反向電壓Vr作用下，流過PN結電流從正向變?yōu)榉聪蝻柡蜖顟B(tài)經歷的時間，稱為反向恢復時間。這一過程，稱為反向恢復過程。

1.26.存儲時間：儲存時間是勢壘邊處非平衡少子濃度達到零時所經歷的時間；存儲時間主要由非平衡載流子壽命、正向電流和反向電流確定。

?Ir?If?1.27.反向恢復時間時間：tr??ln??I?r?

?If?1.28下降時間：tf??ln?1??I?I?rf???

解釋：實際的下降時間比上式計算值大，這是由于下降時間一般比壽命短幾個數(shù)量級，所以

可以認為殘存少數(shù)載流子主要是通過反向電流抽走的，此時復合還來不及起作用。另外，反向電流是逐漸減小的。

1.29.清除殘存電荷的兩個主要機制:一是通過復合作用，二是通過反向電流的抽取作用。1.30.影響PN結開關速度的因素：影響PN結開關速度的主要因素是：正向電流、反向電流和非平衡少數(shù)載流子的壽命。

1.31.提高PN結開關速度的途徑：（1）電路方面減小正向電流和增大初始反向電流（2）器件結構方面減薄輕摻雜區(qū)厚度。（3）器件材料與工藝方面降低少數(shù)載流子的壽命（主要）

1.32.PN結的擊穿類型：雪崩擊穿和隧道擊穿

1.33．什么是碰撞電離:當反向偏壓很大時，勢壘區(qū)的電場很強。進入到勢壘區(qū)的少子將被強電場加速。具有很大動能的載流子在與勢壘區(qū)晶格原子發(fā)生碰撞時，把價鍵上的電子碰撞出來，成為導帶電子，同時產生一個空穴。這種載流子碰撞晶格產生電子—空穴對的過程，稱為碰撞電離。

1.34.什么是雪崩倍增效應：碰撞電離產生的電子和空穴在電場中也將被電場加速，并獲得足夠的能量。它們也將同晶格發(fā)生碰撞，從而產生更多的電子-空穴對，使碰撞電離過程繼續(xù)

??If?Irts??ln??I?II/(I?I)?r?frfr??下去。這種使載流子不斷增殖的方式，稱為載流子的倍增效應。1.35什么是雪崩擊穿：1.36.雪崩擊穿條件：

1/521.37.雪崩擊穿電壓：1/4??3???4????6.29?（1）單邊突變結：（2）線性緩變結VB???VB??33???????3??e?j??ci???2eN0ci???2/151/81.38.雪崩擊穿得臨界電場：1/2???8eN0??e?j?1單邊突變結：Ec???線性緩變結：Ec?????c?0.636ci?2?????i???1.39影響雪崩擊穿電壓的因素：

（1）影響PN結雪崩擊穿電壓的主要材料參數(shù)是禁帶寬度和低摻雜區(qū)的雜質濃度或雜質濃度梯度。(