n结击穿电压第十一次ppt课件.ppt

§6.5 pn 结的击穿pn 结的击穿(Breakdown)：当加到反向pn 结上的电压足够高时，pn 结反向饱和电流会忽然增大，此时的电压称反向击穿电压VB电击穿、热击穿pn 结电击穿有两种重要的机制：雪崩倍增和隧道效应一、雪崩〔avalanche〕倍增pn结在反向偏置下，外加电场的方向和空间电荷区自建电场方向一致，空间电荷区的电场强度将随反向电压的添加而添加在空间电荷区电场的作用下，空穴将向电源负极挪动，电子向电源正极挪动；碰撞电离：当P区的电子向电源正极挪动的过程中穿越势垒时，将遭到势垒电场的加速反向电压越高，势垒区中电场越强；假设电场足够强，电子获得了足够的动能和原子碰撞，将晶格的共价键破坏，产生一个电子-空穴对，雪崩倍增：这些新产生的电子-空穴对再从电场中获得动能，进一步产生电子-空穴对• 雪崩击穿特点1.空间电荷区的xD要有一定宽度；假设空间电荷区太窄〔小于一个平均自在程〕，既使是载流子的能量再高，电离才干再强，不发生碰撞也无法产生雪崩景象单边突变结的击穿电压主要由低掺杂边的掺杂浓度决议2.雪崩击穿电压较高，击穿曲线比较陡直〔硬击穿〕；普通Ge、Si 器件，雪崩击穿电压在6Eg/q 以上，而且击穿特性较硬〔所谓硬击穿〕。

3. 雪崩击穿的击穿电压VB 具有正温度系数随着温度的提高，散射加强，载流子的平均自在运动时间减少，导致动能不易积累，使电离率下降，击穿电压提高雪崩击穿电压确定了大多数二极管反向偏压的上限，也确定了双极晶体管集电极电压以及场效应晶体管漏电压的上限二、隧道击穿〔Tunneling)原理：在反偏电压下，P区价带顶附近电子能量可以升高到超越N区导带顶电子的能量，此时，假设是电场较强，空间电荷区宽度〔隧道长度〕较短，那么电子的隧穿几率就大添加，使得P区价带电子直接穿过禁带而到达N区导带底，构成很大的反向电流 隧道击穿的特点1. xD 越窄越有利于隧道效应发生，VB 越小；所以高掺杂突变结，普通容易发生隧道击穿2.隧道击穿的击穿特性是缓变的〔软击穿〕；隧道击穿不是在某个电压下骤然发生的，而是随着反向电压添加，电子的隧道穿透几率逐渐添加，反向电流也就逐渐添加，因此I-V特性是缓变的，所谓“软击穿〞 3.隧道击穿的击穿电压VB 是负温度系数的随着温度升高，半导体的带隙Eg 减少，隧道长度相应减少，电子的穿透几率相应增大，因此VB 随温度升高而减少§6.6 隧道pn 结简介一、景象当pn 结的P 区和N 区的掺杂浓度都很高时(1019cm-3~1020cm-3)，其I-V 特性出现： 1.正向时，在小的正向偏压下，电流开场随电压上升而上升，到达最大电流Ip 之后，下降到Iv，然后才与普通pn 结分散电流一样随正向电压的升高而指数上升。

2.反向时，反向电流随反向电压的添加而迅速添加 •二、原理•当P 区、N 区都是重掺杂的，费米能级分别进入了N 区的导带和P 区的价带同时，势垒区较窄，电场较强；这就有利于发生隧穿，当加上外偏压时，两边出现一侧有电子而另一侧一样能态上有空位的形状，这时就发生隧道效应•由于隧道二极管是利用多子任务的，结的两侧不会有少子积累，而且隧道效应是一量子跃迁过程，电子穿过势垒极其迅速，不受渡越时间跟制，因此隧道二极管可以在极高频率下任务 • 反向二极管〔Backward Diode〕10、〔、〔1〕写出理想〕写出理想PN结的结的I-V特性，即电流密度特性，即电流密度J与电压与电压V的关系方程分别在直角线性坐标系的关系方程分别在直角线性坐标系和半对数坐标系中，表示画出和半对数坐标系中，表示画出PN结电流－电压结电流－电压特性曲线特性曲线2) 在半对数坐标系中的曲线上，如何将正向小在半对数坐标系中的曲线上，如何将正向小电压下势垒区复合电流和反向电压下势垒区产电压下势垒区复合电流和反向电压下势垒区产生电流产生的作用反映在曲线上？简单解释之生电流产生的作用反映在曲线上？简单解释之3〕假设〕假设PN结电流中，同时思索分散电流和复合结电流中，同时思索分散电流和复合电流时，即采用理想因子电流时，即采用理想因子m，写出含有理想因，写出含有理想因子子m的的J-V特性方程，并描画一种丈量特性方程，并描画一种丈量m的实验的实验方法。

方法4) 分别分析分别分析PN结加正向偏置和反向偏置，对结加正向偏置和反向偏置，对PN结边境处少子浓度的改动，以此论述，结边境处少子浓度的改动，以此论述，PN结具有正导游通和反向饱和特性结具有正导游通和反向饱和特性 〔〔2021〕〔〕〔32分〕分〕1〕2〕3〕•8、写出、写出n型样品中，小注入条件下，少型样品中，小注入条件下，少子空穴的延续性方程写出空穴不随时子空穴的延续性方程写出空穴不随时间变化时〔稳态〕、不思索电场、无光间变化时〔稳态〕、不思索电场、无光照情况下，少子空穴的方程〔照情况下，少子空穴的方程〔2021〕〕•10、〔、〔16分〕对于一个分〕对于一个PN结二极管，论结二极管，论述如何判别加正向电压后，其电流是以述如何判别加正向电压后，其电流是以分散电流为主还是以空间电荷区复合电分散电流为主还是以空间电荷区复合电流为主？〔流为主？〔2007〕〕• 8、q求解得通解：求解得通解：q求解得通解：求解得通解：q分散长度分散长度10、11、〔、〔20分〕分〕PN结的结的N型一侧掺杂浓度为型一侧掺杂浓度为ND，，P型一侧掺杂浓度为型一侧掺杂浓度为NA，采用杂质饱和电离近，采用杂质饱和电离近似，证明似，证明PN结的接触电势差为：结的接触电势差为： ni是本征载流子浓度是本征载流子浓度另有一另有一N+N结，掺杂浓度分别为结，掺杂浓度分别为N+，，N，证明此，证明此时时N+N结的接触电势差为：结的接触电势差为： 比较两者的大小，并解释其内在的物理机理。

比较两者的大小，并解释其内在的物理机理 〔〔2007〕〕11、、p-n结接触电势差结接触电势差由突变平衡由突变平衡p-n结的能带图，势垒高度结的能带图，势垒高度qVD补偿了补偿了p区与区与n区的费米能级之差区的费米能级之差 •n区与区与p区的平衡电子浓度分别为：区的平衡电子浓度分别为：•结接触电势差与掺杂浓度、温度、禁带宽度等结接触电势差与掺杂浓度、温度、禁带宽度等有关有关 •10、〔24分〕一个硅PN结〔T=300K〕，P区的掺杂浓度为NA＝1x1015cm-3，N区的掺杂浓度ND＝3 NA，运用杂质全部电离和载流子全部耗尽假设，•(1) 计算室温下PN结的接触电势差VD；•(2) 定性画出PN结的电场分布、电荷分布•(3) 假设温度T添加、资料的禁带宽度Eg添加，VD将分别如何变化？•(4) 假设此构造是N+-N结，即N+区一侧ND+=3 NA，N区一侧ND= NA，计算此时的VD〔2006〕•14、写出理想PN结的J-V特性关系公式〔肖克莱方程〕并在半对数坐标下〔X轴为V，Y轴为ln〔J/J0〕，定性画出该曲线假设此PN结为实践的PN结，应做哪些改动？为什么？〔2006〕。