模擬電路 PN結的相關知識

2021-09-25 22:37:59 字數 2573 閱讀 6549

空間電荷層是不含有載流子的區域,即絕緣體。

當施加正向電壓,即v

p>vn

v_>v_

vp​>vn

​時,p極的多子空穴受排斥作用,向空間電荷層移動,從而導致空間電荷層p側變窄;n極的多子電子受排斥作用,向空間電荷層移動,從而導致空間電荷層n側變窄。最終,導致空間電荷層變窄。

當施加反向電壓,即v

pv_vp

​​時,p極的多子空穴受吸引作用,向p極移動,從而導致空間電荷層p側變寬;n極的多子電子受吸引作用,向n極移動,從而導致空間電荷層n側變寬。最終,導致空間電荷層變寬。

p型半導體和n型半導體緊密接觸,由於兩邊空穴和電子的濃度差,p區的空穴會向n區擴散,同樣n區的電子會向p區擴散,這樣就形成了乙個空間電荷區,而空間電荷區的存在會使少子漂移,正好可以抑制這種擴散的發生,當兩者達到平衡時,空間電荷區的寬度也就確定了,所以說空間電荷區的寬度是由擴散和漂移共同決定的。

當溫度公升高時,本徵載流子的濃度增大,pn結兩邊少子的濃度就會增大,這樣會使少子的漂移增強,而因為兩邊的濃度梯度不變,擴散強度不會發生變化,綜合這兩者,再達到新的平衡後,空間電荷區就會變窄。

)其中,

i

ii是pn結導通電流;

u

uu是pn結兩端電壓;

i si_

is​是反向飽和電流(10−

15a10^a

10−15a

);ut=k

tqu_=\frac}

ut​=qk

t​​是溫度電壓當量;

utu_

ut​的物理意義:穿越pn結的電荷與電壓之間的關係。當室溫為300k

kk時,ut=

26mvu_=26mv

ut​=26

mv。t

tt是熱力學溫度(單位:開氏溫度k

kk);

k

kk是玻爾茲曼常數(8.63×1

0−6v

/k8.63\times10^v/k

8.63×1

0−6v

/k);q

qq是單位電子電荷量(單位:庫侖c)。

擁有以下兩個結論:

1)在保持正向電流不變時,溫度每公升高1∘c

1^c1∘

c,結電壓減少約2

22~2.5mv

2.5mv

2.5mv。

2)溫度每公升高10∘

c10^c

10∘c

,反向飽和電流isi_

is​增大一倍。

當對pn結外加反向電壓超過一定的限度,pn結會從反向截止發展到反向擊穿。u(b

r)u_u(

br)​

稱為pn結的擊穿電壓。反向擊穿破壞了pn結的單向導電特性,利用此原理可以製成穩壓管。電擊穿可以分為齊納擊穿和雪崩擊穿。

擊穿種類

摻雜情況

耗盡層寬度

擊穿機理

齊納擊穿

摻雜

窄耗盡區有很強的電場,不是很大的反偏電壓就能使耗盡層的

價電子直接被強電場拉出共價鍵,產生大量電子、空穴對。

雪崩擊穿

摻雜

寬電場強度較弱,較小的反偏電壓無法產生擊穿,當加較大的

反偏電壓時,少子在較長的空間電荷區不斷加速,動能增大

撞擊耗盡區的中性原子,產生電子、空穴對,反覆作用使

載流子數目迅速增加。

電擊穿是可逆的(可恢復,當有限流電阻時)。電擊穿後如果沒有限流措施,將會發生熱擊穿現象。熱擊穿是不可逆的,會破壞pn結結構(不可恢復,燒壞)。

電容種類

電壓情況

產生機理

勢壘電容ctc_

ct​pn結反偏時更明顯

耗盡層區域,外加電壓變化,耗盡區的寬度變化,則耗盡區中的正負離子數目變化,即儲存的電荷量變化。

擴散電容cdc_

cd​pn結正偏時更明顯

非耗盡層區域,多子擴散到對方區域形成非平衡少子,其濃度隨外加電壓的變化而變化,因此儲存的電荷量也發生變化。

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1 p區參雜3價元素,因此多數載流子為空穴,p positive 正 n 區摻雜5價元素,因此多數載流子為電子,n negative 負 2 因為正負離子濃度差,產生擴散運動,形成空間電荷區,p區一側為內電場負 低電位 n區一側為內電場正 高電位 恰好阻止了擴散 3 因為內電場的作用,p區的少子向n...