北理工微电子器件复习资料1

2、 PN结的直流电压-电流（围绕少子讨论、小注入） （1） 外加直流电压

思路：先确定边界条件，然后通过基本方程2和基本方程3（直流以及中性区内电场强度为常数且足够小）得到二次导数方程

，求通解并利用

边界条件确定系数。

确定边界条件思路：平衡能带与载流子浓度分布关系->外加电压改变能带->外加电压的能带与载流子浓度分布关系->结定律。实际上在分析了准费米能级后，也可以通过准费米能级确定边界条件。

a、 厚基区

外加正向电压时，中性区内少子浓度分布如下图所示。

外加反向电压时，中性区内少子浓度分布如下图所示。

b、 薄基区

外加正向电压时，中性区内少子浓度分布如下图所示。

外加反向电压时，中性区内少子浓度分布如下图所示。

（2） 复合电流、扩散电流、正向导通电压

PN结的复合电流为：

?qV?exp??1?xnqnx?kT?Jgr?q?Udx?qUxd?id?

?xp2??qV?exp???1?2kT?根据外加电压V的不同，可以得到如下结果：

??V?0,Jgr?0?qnixd??qV?VkT/q,J??exp?r??净复合

2??2kT???qnixdV0,VkT/q,J??净产生?d2??

小注入时，PN结的扩散电流为：

?Dp??Dn?qV??Jd?Jdp?Jdn?q?pn0?np0???exp???1??L?Ln?kT???p???DpDn????qV???qV2?qni????exp??1?Jexp?0?????LN??LNkT???kT??pDnA??

根据外加电压V的不同，可以得到如下结果：

?V?0,Jd?0???qV? ?VkT/q,Jd?J0?exp??

kT????V0,VkT/q,Jd??J0?

????1???当正向电压达到一定值时，出现明显的正向电流。将正向电流达到某规定值，如1mA时PN结的正向电压，称为正向导通电压，记为

VF。

以硅为例，二极管的直流电压-电流曲线如下图所示：

3、 准费米能级与大注入效应（围绕少子讨论）

突变结在非平衡状态，由于外加电压引起能带变化，费米能级不再是一条直线，采用准费米能级的概念描述载流子能带。与平衡状态时能带图相比，N区自由电子的准费米能级与P区空穴的准费米能级之间的差值是由于外加电压引起的。外加正向电压时EFn?EFp，外加反向电压时EFn?EFp，如下面两张图所示。

外加正向电压较大时，由于静电感应作用，大注入的少子吸附等量的多子，载流子浓度如下图所示。

大注入与小注入比较：边界条件不同（势垒区和中性区边界处多子浓度取值）；中性区内存在自建场加大少子电流。

随着正向电压增大，正向电流在复合电流转为小注入扩散电流时存在拐点，小注入扩散电流转为大注入扩散电流时存在拐点。由此得到的电流电压关系lnI?V如下图所示。