2021-2022学年高二物理竞赛课件：PN结电容.pptx

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1、PNPN结电容结电容PNPN结电容结电容低频下，PN结具有良好的整流效应。高频下，PN结的整流效应基本消失。-PN结具有电容PN结的起因，大小和影响因素。5.3.1 势垒电容 CT以PN结加正向偏压为例：正向偏压增大，势垒区宽度变窄，空间电荷数量减少。空间电荷来源于不能移动的杂质离子。电荷数目的减少是因为电子和空穴的注入，中和作用。相当于电子和空穴的“存入”过程。反之，正向偏压减小，势垒区宽度变宽，空间电荷数量增多，电子和空穴被“取出”。5.3.2 扩散电容 CD当外加正偏电压变化时，PN结外扩散区内积累的非平衡载流子数变化引起的电容效应。5.3.3 势垒电容的计算PN结的直流偏压不同时，微分

2、电容也不同。VD换为VD-V按突变结的电荷分布模型，推导突变结势垒电容公式：电量对电压求微分求总电量：单位面积的总电量为：若PN结面积为A，则PN结的势垒电容为：单位面积的势垒电容为：对于P+N结或N+P结，上式可简化为：其中NB为轻掺杂一边的杂质浓度。耗尽层近似，也适用于加反向偏压。以上结论在半导体器件的设计和生产中有重要的实际意义。加正向电压时势垒电容比该式较大：1.势垒区变窄，空间电荷变少。2.大量载流子流过势垒区，对势垒电容有贡献。突变结和线性缓变结的势垒电容都与外加电压有关系。可以制成变容器件；可以用来测量结附近的杂质浓度和杂质浓度梯度。5.3.4 扩散电容的计算扩散电容是因为扩散区

3、载流子浓度随外加电压变化引起的电容效应。外加电压变化时，需要外电路注入电荷以适应PN结扩散区载流子浓度的变化。外电路通过P端注入的正电荷分为两部分：N侧扩散区空穴的增加和平衡P侧 扩散区少子电子数的增加。注入到N区和P区的非平衡少子分布：将上两式在扩散区内积分，得到单位面积扩散区内积累的载流子总电荷量：扩散区，单位面积的微分电容：单位面积总扩散电容：设A为PN结的面积，则加正向偏压时，总的微分电容为：（1）在300K时流过PN结的电流I。N区空穴：P区电子：少子浓度：总电流：Js（2）假设以P区指向N区为x轴的正方向，列出N区内的空穴和电子浓度分布的表达式。N区内空穴浓度分布为：利用，得出电子浓度分布：（3）确定N区内空穴扩散电流、电子扩散电流、电子漂移电流和总的电子电流随x变化的表达式。N区内空穴扩散电流：N区内电子扩散电流：电子的迁移率不同于P区：电子漂移电流：注入的空穴浓度远小于电子的浓度，故空穴的漂移电流可忽略。稳定时总电流不随坐标而变：电子总电流等于电子漂移电流与扩散电流之和。