北理工微电子器件复习资料1.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流一、二、三、四、 北理工微电子器件复习资料1.精品文档.五、 基础知识1、 基本概念（1） 本征、非本征；复合、产生；自由电子、空穴；（2） 简并、非简并：2;（3） 平衡：费米能级一致性、非平衡：准费米能级；（4） 费米分布、非简并玻尔兹曼分布：2、 三个基本方程（1） 泊松方程：；（2） 漂移和扩散电流密度：，其中扩散系数与迁移率存在爱因斯坦关系，爱因斯坦关系推导是由载流子浓度与能量关系的方程得到的；（3） 连续性：，其中为载流子的净复合率，0为净复合，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

2、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：根据外加电压V的不同，可以得到如下结果：小注入时，PN结的扩散电流为：根据外加电压V的不同，可以得到如下结果：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。以硅为例，二极管的直流电压-电流曲线如下图所示：3、

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，外加反向电压时，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

4、得到的电流电压关系如下图所示。4、 PN结击穿：雪崩、隧道（齐纳）、热击穿随着反向电压的增强，PN结会发生反向击穿，首先发生齐纳击穿，然后发生雪崩击穿。反向电压与电流示意图如下图所示。(1) 齐纳击穿电子的波动性。穿过能带图上得势垒区内足够窄的和距离。（2）雪崩击穿电子的粒子性。电离率为一个载流子在单位距离内通过碰撞电离而产生的新的电子空穴对数目；雪崩倍增因子定义了流出耗尽区的总电流与流入耗尽区的原始电流之比。雪崩击穿的条件为。防止击穿措施：掺杂浓度低、浓度梯度小、低掺杂区厚度大、结深要深。5、 PN结的电容（1） 势垒电容：正向、反向电压均存在由于势垒区的宽度随外加电压变化，因此势垒区内电荷量的变化随外加电压变化，体现出电容性。势垒区的电容为：（2） 扩散电容：正向电压存在扩散电容描述的是中性区内非平衡载流子电荷随外加电压的变化率。扩散电容与PN结的直流电流、载流子寿命相关：6、 PN结的开关特性理想PN结与外加电压的频率无关。实际PN结由于外加电压频率的不同，体现的开关特性不同。如果外加电压频率过高，则PN结无法体现开关特性。外加电压由正向跳变为反向时，产生存储时间和下降时间的原因是由于中性区内载流子浓度随时间变化引起的。减小反向恢复时间有三种方法：电路中，设置负载使得尽量减小正向电流和加大反向电流；降低少子寿命；采用薄基区。