半导体器件物理之物理电流电压特性

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1、3。电流-电压特性理想情况(肖克莱方程)理想的电流电压特性1)突变耗尽近似,边界外电中性2)波耳兹曼近似3)小注入假设4)耗尽层内无产生和复合电流W1PNIVWEE’W2PNIVWEE’正偏反偏1正向和反向偏置下的能带图、电势分布和载流子浓度分布2热平衡时,波耳兹曼关系:本征能级电势费米能级电势热平衡时3外加电压,结两侧的少数载流子密度变化,电子和空穴的准费米能级正向偏置反向偏置4根据电流密度方程:同理:电子和空穴的电流密度正比于各自的准费米能级梯度热平衡状态:5正向和反向偏置下的能带图、电势分布。6结上的静电势差：P型一侧

2、耗尽区边界x=-xp的电子浓度:n型一侧耗尽区边界x=xn的空穴浓度:理想电流电压方程最重要的边界条件。PN结边界处的非平衡少数载流子浓度:正向偏压时,边界的少数载流子浓度比平衡时要大,反向偏压时要小.7正向和反向偏置下的能带图和载流子浓度分布8根据连续性方程，静态时,对N区:净复合率利用电中性（nn-nn0)~(pn-pn0)，结合爱因斯坦关系：乘以ppn乘以nnn+9其中：小注入假设：n型区比较10无电场的中性区,进一步简化：x=xn:边界条件:x=-xp:同理11正向偏置状态:载流子分布和电流密度分布12反向偏置状态

3、:载流子分布和电流密度分布13总电流：肖克莱方程，理想二极管定律理想的电流-电压特性(a)线性坐标，(b)半对数坐标14温度对饱和电流密度的影响:p+-n单边突变结:施主浓度ND,都与温度有关与指数项相比,前面一项与温度的关系并不重要.反向,

4、JR

5、~JS,电流按照关系随温度增加;正向,电流大致按变化.153。电流-电压特性产生-复合过程表面效应—表面离子电荷耗尽层内载流子的产生和复合大注入串联电阻效应大的反向电场，结的击穿偏离理想情形反向偏置下耗尽区主要的复合-产生过程载流子发射过程产生与复合过程对电流-电压特性的影响:

6、正向偏置下耗尽区主要的复合-产生过程载流子俘获过程产生-复合速率16电子-空穴对的产生率：有效寿命pn

7、与外加反向偏压有关：18实际Si二极管的电流-电压特性产生-复合电流区扩散电流区大注入区串联电阻效应产生-复合与表面效应等引起的反向漏电流19正向偏置下：俘获过程扩散电流+复合电流Jrec若Ei=Et,n=p=将代入复合率20当电子与空穴的浓度和(n+p)为最小值时,复合率U在耗尽区达到最大:即Ei恰好位于EFn和EFp的中间:21V>3kT/q时，有：总的正向电流：实验结果一般可用经验公式：复合电流占优势：n=2，扩散电流占优势：n=1,两种电流相当：1

8、-复合电流区扩散电流区大注入区串联电阻效应产生=复合与表面效应等引起的反向漏电流23正向偏置，大电流密度少数载流子密度与多数载流子密度可以比拟，在注入区产生电场和载流子的漂移运动。3。电流-电压特性大注入条件p+-n结正向大注入效应P区n区载流子密度X=0n(x)p(x)EX=x’24必须同时考虑电子和空穴的漂移和扩散电流分量。空穴电流密度：此区间的电子电流密度：可以求出漂移电场：大注入使扩散系数加倍25N区有电场，则结区以外的区域产生压降，使得加在结上的电压降低。结区压降N区压降大注入时，结上的压降与外电压和n区少子浓度有

9、关。26由于在结区以外的压降，大注入使电流-电压关系改变，由原来的exp(qV/kT)，变成exp(qV/2kT)27工作在不同电流密度下Sip+-n结的载流子浓度，本征费米能级，准费米能级电流密度:10A/cm2103A/cm2104A/cm2p+-n结28在大注入时，还要考虑与准中性区和欧姆接触的电阻相联系的串联电阻效应为减少PN结的体电阻，采用外延方法,可大大降低串联电阻效应.串联电阻效应串联电阻使得中性区上的压降IR降低了耗尽区的偏压.理想电流降低一个因子，使电流随电压的上升而变慢。当电流足够大时，外加电压的增加主要降

10、在串联电阻上，电流-电压近似线性关系。294。扩散电容反向偏置耗尽层电容占据了结电容的大部分，正向偏置中性区少数载流子密度的再分布对结电容有贡献----扩散电容。正向偏置+一小的交流信号：总电压：总电流：电压和电流密度的小信号振幅可得到耗尽区边界的电子和空穴密度随时间的变