半导体器件物理CH2-3剖析优秀PPT.ppt

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1、4。扩散电容。扩散电容 反向偏置反向偏置反向偏置反向偏置耗尽层电容占据了结电容的大部分，耗尽层电容占据了结电容的大部分，耗尽层电容占据了结电容的大部分，耗尽层电容占据了结电容的大部分，正向偏置正向偏置正向偏置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中性区少数载流子密度的再分布对结电容有贡献中性区少数载流子密度的再分布对结电容有贡献中性区少数载流子密度的再分布对结电容有贡献 -扩散电容扩散电容扩散电容扩散电容 。正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置+一小的沟通信号：一小的沟通信号：一小的沟通信号：一小的沟通信号：总电压：总电压：总电压：总电压：总电流：总电流：总电流：总电流：电压和电流密度

2、的电压和电流密度的电压和电流密度的电压和电流密度的小信号振幅小信号振幅小信号振幅小信号振幅 可得到耗尽区边界的电子可得到耗尽区边界的电子可得到耗尽区边界的电子可得到耗尽区边界的电子和空穴密度随时间的变更。和空穴密度随时间的变更。和空穴密度随时间的变更。和空穴密度随时间的变更。将总电压代入如下方程将总电压代入如下方程将总电压代入如下方程将总电压代入如下方程,1耗尽区边界的空穴密度小信号耗尽区边界的空穴密度小信号耗尽区边界的空穴密度小信号耗尽区边界的空穴密度小信号沟通重量：沟通重量：沟通重量：沟通重量：若若若若 V V1 1kT/q=VLP LP，可得到，可得到，可得到，可得到N N型中性区空穴的

3、沟通重量型中性区空穴的沟通重量型中性区空穴的沟通重量型中性区空穴的沟通重量 ：x=xx=xn n 处，空穴电流密度处，空穴电流密度处，空穴电流密度处，空穴电流密度 ：4总沟通电流密度总沟通电流密度总沟通电流密度总沟通电流密度 ：沟通导纳沟通导纳沟通导纳沟通导纳 ：x=-xx=-xp p 处，电子电流密度处，电子电流密度处，电子电流密度处，电子电流密度 ：5频率比较低频率比较低频率比较低频率比较低 ：(p,p,n n 1)1)扩散电导：扩散电导：扩散电导：扩散电导：低频扩散电容：低频扩散电容：低频扩散电容：低频扩散电容：归一化扩散电导和扩散电容与归一化扩散电导和扩散电容与归一化扩散电导和扩散电容

4、与归一化扩散电导和扩散电容与 的关系。的关系。的关系。的关系。65。结的击穿。结的击穿 P-n P-n 结上加足够高的电场结上加足够高的电场结上加足够高的电场结上加足够高的电场击穿，并通过很大的电流。击穿，并通过很大的电流。击穿，并通过很大的电流。击穿，并通过很大的电流。热不稳定热不稳定热不稳定热不稳定隧道效应隧道效应隧道效应隧道效应雪崩击穿雪崩击穿雪崩击穿雪崩击穿热击穿的反向电流热击穿的反向电流热击穿的反向电流热击穿的反向电流-电压特性电压特性电压特性电压特性 1 1。热不稳定性。热不稳定性。热不稳定性。热不稳定性 高高高高的的的的反反反反向向向向电电电电压压压压下下下下反反反反向向向向电电

5、电电流流流流引引引引起起起起热热热热耗耗耗耗散散散散，若若若若热热热热量量量量不不不不能能能能刚刚刚刚好好好好传传传传递递递递出出出出去去去去，结结结结温温温温增增增增加加加加，结结结结温温温温增增增增加加加加反反反反过过过过来来来来增增增增加加加加了了了了反反反反向电流和热耗散的增加。向电流和热耗散的增加。向电流和热耗散的增加。向电流和热耗散的增加。恶性循环，直到结烧坏。恶性循环，直到结烧坏。恶性循环，直到结烧坏。恶性循环，直到结烧坏。禁带宽度小，易发生热击穿。禁带宽度小，易发生热击穿。禁带宽度小，易发生热击穿。禁带宽度小，易发生热击穿。改善散热，温度较低，该击穿不重要。改善散热，温度较低，

6、该击穿不重要。改善散热，温度较低，该击穿不重要。改善散热，温度较低，该击穿不重要。72 2。隧道击穿（齐纳击穿）。隧道击穿（齐纳击穿）。隧道击穿（齐纳击穿）。隧道击穿（齐纳击穿）电子的隧道效应在强电场下快速增加电子的隧道效应在强电场下快速增加电子的隧道效应在强电场下快速增加电子的隧道效应在强电场下快速增加 随随随随着着着着反反反反向向向向偏偏偏偏压压压压的的的的增增增增加加加加，势势势势垒垒垒垒区区区区电电电电场场场场不断加强，能带弯曲增加。不断加强，能带弯曲增加。不断加强，能带弯曲增加。不断加强，能带弯曲增加。势势势势垒垒垒垒区区区区内内内内强强强强大大大大的的的的电电电电场场场场使使使使其

7、其其其中中中中的的的的电电电电子子子子获得相当大的附加静电势能，获得相当大的附加静电势能，获得相当大的附加静电势能，获得相当大的附加静电势能，当当当当反反反反向向向向偏偏偏偏压压压压足足足足够够够够高高高高时时时时，附附附附加加加加的的的的静静静静电电电电势势势势能能能能可可可可以以以以使使使使一一一一部部部部分分分分价价价价带带带带电电电电子子子子的的的的能能能能量量量量达到甚至超过导带底电子的能量。达到甚至超过导带底电子的能量。达到甚至超过导带底电子的能量。达到甚至超过导带底电子的能量。PNPN结隧道效应示意图结隧道效应示意图结隧道效应示意图结隧道效应示意图 B BA A x xWW电子有

8、确定的隧穿几率电子有确定的隧穿几率电子有确定的隧穿几率电子有确定的隧穿几率隧穿几率与隧穿几率与隧穿几率与隧穿几率与 x x有关有关有关有关8PNPN结隧道击穿的电流结隧道击穿的电流结隧道击穿的电流结隧道击穿的电流-电压特性电压特性电压特性电压特性隧道电流随隧道电流随隧道电流随隧道电流随EgEg的增大而减小：的增大而减小：的增大而减小：的增大而减小：EgEg增加，水平距离增加。增加，水平距离增加。增加，水平距离增加。增加，水平距离增加。隧道电流随外加电压的增加隧道电流随外加电压的增加隧道电流随外加电压的增加隧道电流随外加电压的增加而增加：而增加：而增加：而增加：外加反向偏压越大，电场越外加反向偏

9、压越大，电场越外加反向偏压越大，电场越外加反向偏压越大，电场越强，能带弯曲越陡，水平距强，能带弯曲越陡，水平距强，能带弯曲越陡，水平距强，能带弯曲越陡，水平距离越小，隧穿几率越大。离越小，隧穿几率越大。离越小，隧穿几率越大。离越小，隧穿几率越大。由由由由隧隧隧隧道道道道效效效效应应应应确确确确定定定定的的的的击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压具有负温度系数：具有负温度系数：具有负温度系数：具有负温度系数：常常常常用用用用半半半半导导导导体体体体材材材材料料料料的的的的禁禁禁禁带带带带宽宽宽宽度度度度随温度增加而减小。随温度增加而减小。随温度增加而减小。随温度增加而减小。93 3。雪崩击穿。雪崩击

10、穿。雪崩击穿。雪崩击穿 反向偏压的增加，结内电场增加，通过势垒区的电子和空穴在强电场作用下反向偏压的增加，结内电场增加，通过势垒区的电子和空穴在强电场作用下反向偏压的增加，结内电场增加，通过势垒区的电子和空穴在强电场作用下反向偏压的增加，结内电场增加，通过势垒区的电子和空穴在强电场作用下获得的能量渐渐增加，当能量足够大时，通过与晶格原子的碰撞使价带电子激发获得的能量渐渐增加，当能量足够大时，通过与晶格原子的碰撞使价带电子激发获得的能量渐渐增加，当能量足够大时，通过与晶格原子的碰撞使价带电子激发获得的能量渐渐增加，当能量足够大时，通过与晶格原子的碰撞使价带电子激发到导带，形成新的电子空穴对到导带

11、，形成新的电子空穴对到导带，形成新的电子空穴对到导带，形成新的电子空穴对-碰撞电离。碰撞电离。碰撞电离。碰撞电离。最重要的结击穿机制最重要的结击穿机制最重要的结击穿机制最重要的结击穿机制 ，雪崩击穿电压确定了大多数二级管反向，雪崩击穿电压确定了大多数二级管反向，雪崩击穿电压确定了大多数二级管反向，雪崩击穿电压确定了大多数二级管反向偏压的上限。偏压的上限。偏压的上限。偏压的上限。新生的电子和空穴在电场作用下和原有电子新生的电子和空穴在电场作用下和原有电子新生的电子和空穴在电场作用下和原有电子新生的电子和空穴在电场作用下和原有电子-空穴一起获得能量，与晶格碰撞空穴一起获得能量，与晶格碰撞空穴一起获

12、得能量，与晶格碰撞空穴一起获得能量，与晶格碰撞产生产生产生产生 其次代电子和空穴。其次代电子和空穴。其次代电子和空穴。其次代电子和空穴。如此循环，电子和空穴不断倍增，数目急剧增加，反向电流急剧增加，最终如此循环，电子和空穴不断倍增，数目急剧增加，反向电流急剧增加，最终如此循环，电子和空穴不断倍增，数目急剧增加，反向电流急剧增加，最终如此循环，电子和空穴不断倍增，数目急剧增加，反向电流急剧增加，最终引起引起引起引起Pn Pn 结击穿。结击穿。结击穿。结击穿。类似雪崩，雪崩击穿类似雪崩，雪崩击穿类似雪崩，雪崩击穿类似雪崩，雪崩击穿10电离率电离率电离率电离率 a:a:一个电子或空穴走过单位距离所产

13、生的电子一个电子或空穴走过单位距离所产生的电子一个电子或空穴走过单位距离所产生的电子一个电子或空穴走过单位距离所产生的电子-空穴对数目空穴对数目空穴对数目空穴对数目.anan和和和和apap均与电场有猛烈的依靠关系均与电场有猛烈的依靠关系均与电场有猛烈的依靠关系均与电场有猛烈的依靠关系.倍增因子倍增因子倍增因子倍增因子:雪崩击穿电压雪崩击穿电压雪崩击穿电压雪崩击穿电压:倍增因子倍增因子倍增因子倍增因子MM趋近无限大时的电压趋近无限大时的电压趋近无限大时的电压趋近无限大时的电压.对于具有相同电离率的半导体对于具有相同电离率的半导体对于具有相同电离率的半导体对于具有相同电离率的半导体,击穿条件可用

14、积分表示击穿条件可用积分表示击穿条件可用积分表示击穿条件可用积分表示:11击穿电压击穿电压击穿电压击穿电压 单边突变结单边突变结单边突变结单边突变结 线性缓变结线性缓变结线性缓变结线性缓变结 轻掺杂一侧的电离轻掺杂一侧的电离轻掺杂一侧的电离轻掺杂一侧的电离本底杂质浓度本底杂质浓度本底杂质浓度本底杂质浓度 杂质浓度梯度杂质浓度梯度杂质浓度梯度杂质浓度梯度 最大电场最大电场最大电场最大电场 普适公式：普适公式：普适公式：普适公式：单边突变结单边突变结单边突变结单边突变结 线性缓变结线性缓变结线性缓变结线性缓变结 12GeGe，Si Si，晶向晶向晶向晶向GaAsGaAs和和和和GaPGaP单边突变

15、结单边突变结单边突变结单边突变结的雪崩击穿电压计算值与的雪崩击穿电压计算值与的雪崩击穿电压计算值与的雪崩击穿电压计算值与杂质浓度的关系。杂质浓度的关系。杂质浓度的关系。杂质浓度的关系。最高掺杂浓最高掺杂浓最高掺杂浓最高掺杂浓度度度度,当超出此当超出此当超出此当超出此浓度时为隧浓度时为隧浓度时为隧浓度时为隧穿机制穿机制穿机制穿机制.l l 杂质浓度对击穿电压的影响：杂质浓度对击穿电压的影响：杂质浓度对击穿电压的影响：杂质浓度对击穿电压的影响：13单边突变单边突变单边突变单边突变GaAsGaAs结的雪崩击穿电压与晶向的关系。结的雪崩击穿电压与晶向的关系。结的雪崩击穿电压与晶向的关系。结的雪崩击穿电

16、压与晶向的关系。和和和和晶向晶向晶向晶向,的的的的V VB B与与与与晶向的比较晶向的比较晶向的比较晶向的比较.这里击穿电压基这里击穿电压基这里击穿电压基这里击穿电压基本上与晶向无关本上与晶向无关本上与晶向无关本上与晶向无关.14GeGe，Si Si，晶向晶向晶向晶向GaAsGaAs和和和和GaPGaP线性缓变结线性缓变结线性缓变结线性缓变结的雪崩击穿电压与杂质浓度梯度的雪崩击穿电压与杂质浓度梯度的雪崩击穿电压与杂质浓度梯度的雪崩击穿电压与杂质浓度梯度的关系。的关系。的关系。的关系。15最大电场最大电场最大电场最大电场E Emm(V/cm)(V/cm)10105 510106 610107 7

17、GeGe，SiSi晶向晶向晶向晶向GaAsGaAs和和和和GaPGaP单边突变单边突变单边突变单边突变结在击穿时的耗尽层结在击穿时的耗尽层结在击穿时的耗尽层结在击穿时的耗尽层宽度和最大电场随本宽度和最大电场随本宽度和最大电场随本宽度和最大电场随本底掺杂浓度的关系。底掺杂浓度的关系。底掺杂浓度的关系。底掺杂浓度的关系。16GeGe，SiSi晶向晶向晶向晶向GaAsGaAs和和和和GaPGaP线性缓变结在击穿时的耗尽层宽度和最大电场线性缓变结在击穿时的耗尽层宽度和最大电场线性缓变结在击穿时的耗尽层宽度和最大电场线性缓变结在击穿时的耗尽层宽度和最大电场随掺杂浓度的关系。随掺杂浓度的关系。随掺杂浓度的

18、关系。随掺杂浓度的关系。17介于突变结和缓变结之间的扩散结的击穿电压与本底掺杂浓度和杂质浓度梯介于突变结和缓变结之间的扩散结的击穿电压与本底掺杂浓度和杂质浓度梯介于突变结和缓变结之间的扩散结的击穿电压与本底掺杂浓度和杂质浓度梯介于突变结和缓变结之间的扩散结的击穿电压与本底掺杂浓度和杂质浓度梯度的关系度的关系度的关系度的关系.a a很大而很大而很大而很大而N NB B很小很小很小很小,N NB B高而高而高而高而a a小小小小.18l l 半导体外延层厚度与雪崩电压的关系：半导体外延层厚度与雪崩电压的关系：半导体外延层厚度与雪崩电压的关系：半导体外延层厚度与雪崩电压的关系：若半导体层若半导体层若

19、半导体层若半导体层WW小于小于小于小于WmWm，器件在比较低的反偏压下，器件在比较低的反偏压下，器件在比较低的反偏压下，器件在比较低的反偏压下,将贯穿，穿透半导体层。将贯穿，穿透半导体层。将贯穿，穿透半导体层。将贯穿，穿透半导体层。pn pn结的空间电荷区随反向电压的增加而增加。结的空间电荷区随反向电压的增加而增加。结的空间电荷区随反向电压的增加而增加。结的空间电荷区随反向电压的增加而增加。前面探讨假设半导体足够厚，能够供应击穿时的耗尽层宽度前面探讨假设半导体足够厚，能够供应击穿时的耗尽层宽度前面探讨假设半导体足够厚，能够供应击穿时的耗尽层宽度前面探讨假设半导体足够厚，能够供应击穿时的耗尽层宽

20、度WmWm。p p+n nn n+WWmm W WE E穿通穿通穿通穿通电压电压电压电压p p+n nn n+WWE E19WWWWWWmmWWmWWm和和和和WWmWWmWWm和和和和WWmWWm的单边突变结击穿的单边突变结击穿的单边突变结击穿的单边突变结击穿时的电场分布和击时的电场分布和击时的电场分布和击时的电场分布和击穿电压大小。穿电压大小。穿电压大小。穿电压大小。同样材料的穿通与非穿通二极管的同样材料的穿通与非穿通二极管的同样材料的穿通与非穿通二极管的同样材料的穿通与非穿通二极管的最大电场基本相同，可以得到穿通最大电场基本相同，可以得到穿通最大电场基本相同，可以得到穿通最大电场基本相同

21、，可以得到穿通二极管的击穿电压：二极管的击穿电压：二极管的击穿电压：二极管的击穿电压：WW20在掺杂浓度足够低时，通在掺杂浓度足够低时，通在掺杂浓度足够低时，通在掺杂浓度足够低时，通常发生贯穿。常发生贯穿。常发生贯穿。常发生贯穿。p p+-n-n+或或或或p p+-n-n+结的击穿电压。结的击穿电压。结的击穿电压。结的击穿电压。对于确定的外延层厚度，对于确定的外延层厚度，对于确定的外延层厚度，对于确定的外延层厚度，当掺杂浓度削减到对应与当掺杂浓度削减到对应与当掺杂浓度削减到对应与当掺杂浓度削减到对应与外延层穿透时，击穿电压外延层穿透时，击穿电压外延层穿透时，击穿电压外延层穿透时，击穿电压基本不

22、随掺杂浓度变更，基本不随掺杂浓度变更，基本不随掺杂浓度变更，基本不随掺杂浓度变更，趋于恒定值。趋于恒定值。趋于恒定值。趋于恒定值。21l l 温度对击穿电压的影响：温度对击穿电压的影响：温度对击穿电压的影响：温度对击穿电压的影响：归一化的雪崩击穿电压与晶格温度的关系。归一化的雪崩击穿电压与晶格温度的关系。归一化的雪崩击穿电压与晶格温度的关系。归一化的雪崩击穿电压与晶格温度的关系。在较高的温度下，对于在较高的温度下，对于在较高的温度下，对于在较高的温度下，对于比较底的掺杂浓度，击比较底的掺杂浓度，击比较底的掺杂浓度，击比较底的掺杂浓度，击穿电压有很大的提高。穿电压有很大的提高。穿电压有很大的提高

23、。穿电压有很大的提高。高温时，恒定电场下，高温时，恒定电场下，高温时，恒定电场下，高温时，恒定电场下，行进单位距离的载流子行进单位距离的载流子行进单位距离的载流子行进单位距离的载流子有更多的能量损失给晶有更多的能量损失给晶有更多的能量损失给晶有更多的能量损失给晶格。格。格。格。22实测的实测的实测的实测的n n+-p-p二极管反向二极管反向二极管反向二极管反向IVIV特性温特性温特性温特性温度关系。度关系。度关系。度关系。23l l 结曲率效应：结曲率效应：结曲率效应：结曲率效应：对于平面结，有结曲率效应，在柱面和球面区有较高的电场强度，雪崩击穿对于平面结，有结曲率效应，在柱面和球面区有较高的

24、电场强度，雪崩击穿对于平面结，有结曲率效应，在柱面和球面区有较高的电场强度，雪崩击穿对于平面结，有结曲率效应，在柱面和球面区有较高的电场强度，雪崩击穿电压由这些区域确定。曲率半径愈小，击穿电压愈低。电压由这些区域确定。曲率半径愈小，击穿电压愈低。电压由这些区域确定。曲率半径愈小，击穿电压愈低。电压由这些区域确定。曲率半径愈小，击穿电压愈低。通过矩形掩膜扩散形成近似的柱面和球面区。通过矩形掩膜扩散形成近似的柱面和球面区。通过矩形掩膜扩散形成近似的柱面和球面区。通过矩形掩膜扩散形成近似的柱面和球面区。柱面和球面区引起电场集中，柱面和球面区引起电场集中，柱面和球面区引起电场集中，柱面和球面区引起电场

25、集中，电场强度大于平面结。电场强度大于平面结。电场强度大于平面结。电场强度大于平面结。24柱面和球面结的归一化击穿电压与归一化曲率半柱面和球面结的归一化击穿电压与归一化曲率半柱面和球面结的归一化击穿电压与归一化曲率半柱面和球面结的归一化击穿电压与归一化曲率半径的关系。径的关系。径的关系。径的关系。25隧道击穿与雪崩击穿的区分隧道击穿与雪崩击穿的区分隧道击穿与雪崩击穿的区分隧道击穿与雪崩击穿的区分:1 1）掺杂浓度对二者的影响不同）掺杂浓度对二者的影响不同）掺杂浓度对二者的影响不同）掺杂浓度对二者的影响不同 隧道击穿取决于穿透几率，与禁带的水平间距有关，掺杂浓度越高，空隧道击穿取决于穿透几率，与

26、禁带的水平间距有关，掺杂浓度越高，空隧道击穿取决于穿透几率，与禁带的水平间距有关，掺杂浓度越高，空隧道击穿取决于穿透几率，与禁带的水平间距有关，掺杂浓度越高，空间电荷区的宽度越窄，水平间距越小，易击穿。因此隧道击穿通常只发间电荷区的宽度越窄，水平间距越小，易击穿。因此隧道击穿通常只发间电荷区的宽度越窄，水平间距越小，易击穿。因此隧道击穿通常只发间电荷区的宽度越窄，水平间距越小，易击穿。因此隧道击穿通常只发生在两侧重掺杂的生在两侧重掺杂的生在两侧重掺杂的生在两侧重掺杂的PNPN结中。结中。结中。结中。雪崩击穿是碰撞电离，载流子能量的增加有一个过程，因此除了与电场雪崩击穿是碰撞电离，载流子能量的增

27、加有一个过程，因此除了与电场雪崩击穿是碰撞电离，载流子能量的增加有一个过程，因此除了与电场雪崩击穿是碰撞电离，载流子能量的增加有一个过程，因此除了与电场强度有关之外，空间电荷区越宽，碰撞次数越多。因此，在掺杂浓度不强度有关之外，空间电荷区越宽，碰撞次数越多。因此，在掺杂浓度不强度有关之外，空间电荷区越宽，碰撞次数越多。因此，在掺杂浓度不强度有关之外，空间电荷区越宽，碰撞次数越多。因此，在掺杂浓度不高时的击穿通常是雪崩击穿。高时的击穿通常是雪崩击穿。高时的击穿通常是雪崩击穿。高时的击穿通常是雪崩击穿。2 2）外界作用对二者击穿机理的影响不同：）外界作用对二者击穿机理的影响不同：）外界作用对二者击

28、穿机理的影响不同：）外界作用对二者击穿机理的影响不同：雪崩击穿是碰撞电离的结果，所以光照和快速的离子轰击能够引雪崩击穿是碰撞电离的结果，所以光照和快速的离子轰击能够引雪崩击穿是碰撞电离的结果，所以光照和快速的离子轰击能够引雪崩击穿是碰撞电离的结果，所以光照和快速的离子轰击能够引起倍增效应；起倍增效应；起倍增效应；起倍增效应；但这些外界作用对隧道击穿不会有明显的影响。但这些外界作用对隧道击穿不会有明显的影响。但这些外界作用对隧道击穿不会有明显的影响。但这些外界作用对隧道击穿不会有明显的影响。3 3）温度对二者击穿机理的影响不同：）温度对二者击穿机理的影响不同：）温度对二者击穿机理的影响不同：）温

29、度对二者击穿机理的影响不同：隧道击穿的击穿电压具有负温度系数特性，主要是由于禁带宽度隧道击穿的击穿电压具有负温度系数特性，主要是由于禁带宽度隧道击穿的击穿电压具有负温度系数特性，主要是由于禁带宽度隧道击穿的击穿电压具有负温度系数特性，主要是由于禁带宽度的温度特性。的温度特性。的温度特性。的温度特性。而对于雪崩击穿，由于碰撞电离率随温度增加而降低，所以击穿而对于雪崩击穿，由于碰撞电离率随温度增加而降低，所以击穿而对于雪崩击穿，由于碰撞电离率随温度增加而降低，所以击穿而对于雪崩击穿，由于碰撞电离率随温度增加而降低，所以击穿电压是正温度系数特性。电压是正温度系数特性。电压是正温度系数特性。电压是正温

30、度系数特性。266。瞬变特性。瞬变特性-开关开关 二极管正向导通，反向截止，可做开关元件。二极管正向导通，反向截止，可做开关元件。二极管正向导通，反向截止，可做开关元件。二极管正向导通，反向截止，可做开关元件。开关速度极快，是机械开关远不能比的。开关速度极快，是机械开关远不能比的。开关速度极快，是机械开关远不能比的。开关速度极快，是机械开关远不能比的。开开开开关：关：关：关：开启时间很短，对开关速度影响很小。开启时间很短，对开关速度影响很小。开启时间很短，对开关速度影响很小。开启时间很短，对开关速度影响很小。关关关关 开：开：开：开：关闭时间比较长，偏离志向状况，所以主要分析关闭过程。关闭时间

31、比较长，偏离志向状况，所以主要分析关闭过程。关闭时间比较长，偏离志向状况，所以主要分析关闭过程。关闭时间比较长，偏离志向状况，所以主要分析关闭过程。0 0输入输入输入输入0 0输出输出输出输出二极管开关的志向输入与输出二极管开关的志向输入与输出二极管开关的志向输入与输出二极管开关的志向输入与输出27+V VF FV VR RI IF FR RV VJ JP PN NI I基本开关电路基本开关电路基本开关电路基本开关电路t=0,t=0,开关开关开关开关右侧右侧右侧右侧起始反向电流起始反向电流起始反向电流起始反向电流:I:IR R=V/R=V/RI II IF Ft t1 1t t2 2-I-IR

32、 R-0.1I-0.1IR RI IS St t瞬变响应瞬变响应瞬变响应瞬变响应瞬变时间（反向复原时间）：电瞬变时间（反向复原时间）：电瞬变时间（反向复原时间）：电瞬变时间（反向复原时间）：电流达到起始电流流达到起始电流流达到起始电流流达到起始电流IRIR的的的的10%10%所经过所经过所经过所经过的时间的时间的时间的时间=t1+t2=t1+t2。恒流阶段（储存阶段）恒流阶段（储存阶段）恒流阶段（储存阶段）恒流阶段（储存阶段）衰减阶段衰减阶段衰减阶段衰减阶段限制了开关限制了开关限制了开关限制了开关速度速度速度速度28正偏和负偏时的少数载流子浓度分布。正偏和负偏时的少数载流子浓度分布。正偏和负偏

33、时的少数载流子浓度分布。正偏和负偏时的少数载流子浓度分布。反向复原过程由电荷储存效应反向复原过程由电荷储存效应反向复原过程由电荷储存效应反向复原过程由电荷储存效应 引起：引起：引起：引起：P P+N NP Pn0n0P Pn nX Xn nX X储存储存储存储存电荷电荷电荷电荷L Ln n正偏正偏正偏正偏反偏，积累在反偏，积累在反偏，积累在反偏，积累在N N区中的空区中的空区中的空区中的空穴的运动。穴的运动。穴的运动。穴的运动。正向电压作用下，正向电压作用下，正向电压作用下，正向电压作用下，N N区中的空穴浓度分布：区中的空穴浓度分布：区中的空穴浓度分布：区中的空穴浓度分布：零点零点零点零点

34、在在在在XnXn处处处处储存的电荷：储存的电荷：储存的电荷：储存的电荷：29加反向偏压电荷浓度的变更规律：加反向偏压电荷浓度的变更规律：加反向偏压电荷浓度的变更规律：加反向偏压电荷浓度的变更规律：各时间间隔内的少数载流子分布。各时间间隔内的少数载流子分布。各时间间隔内的少数载流子分布。各时间间隔内的少数载流子分布。t=0t=0:电荷分布为正向储存电荷。电荷分布为正向储存电荷。电荷分布为正向储存电荷。电荷分布为正向储存电荷。0tt0t 平平平平衡值。衡值。衡值。衡值。pnpn结上的压降：结上的压降：结上的压降：结上的压降：结电阻相对于外电阻可忽视，结电流：结电阻相对于外电阻可忽视，结电流：结电阻

35、相对于外电阻可忽视，结电流：结电阻相对于外电阻可忽视，结电流：P Pn0n0P Pn nX Xn nX Xt=0t=00tt0tt1:tt1:边界处电荷边界处电荷边界处电荷边界处电荷=平衡值，平衡值，平衡值，平衡值，pnpn结反向，结反向，结反向，结反向，电流渐渐削减。电流渐渐削减。电流渐渐削减。电流渐渐削减。t t :真正的反向状态。真正的反向状态。真正的反向状态。真正的反向状态。30V VJ JV VF F-V-VR Rt t相应的结电压与时间的关系相应的结电压与时间的关系相应的结电压与时间的关系相应的结电压与时间的关系依据方程：依据方程：依据方程：依据方程：只要只要只要只要 p pn n

36、(0,t)(0,t)大于大于大于大于p pn0n0，（即，（即，（即，（即0tt10tnnpni i,总的漂移电流总的漂移电流总的漂移电流总的漂移电流 ：i i区的平均区的平均区的平均区的平均电场电场电场电场双极扩散系数：双极扩散系数：双极扩散系数：双极扩散系数：43串联电阻与正向电流倒数的关系。串联电阻与正向电流倒数的关系。串联电阻与正向电流倒数的关系。串联电阻与正向电流倒数的关系。i i区两端的电压降为：区两端的电压降为：区两端的电压降为：区两端的电压降为：硅，硅，硅，硅，b3 b3 电阻：电阻：电阻：电阻：基本对应于基本对应于基本对应于基本对应于W/LW/La a=222，长，长，长，长

37、p-i-np-i-n二极管二极管二极管二极管44P-i-nP-i-n结本征区的电压降与结本征区的电压降与结本征区的电压降与结本征区的电压降与W/LW/La a的关的关的关的关系。其中系。其中系。其中系。其中WW为为为为i i区的宽度，区的宽度，区的宽度，区的宽度，LaLa为双级为双级为双级为双级扩散长度。扩散长度。扩散长度。扩散长度。2 2i i区厚度由要求的击穿电压确定。区厚度由要求的击穿电压确定。区厚度由要求的击穿电压确定。区厚度由要求的击穿电压确定。为保持短结构特性为保持短结构特性为保持短结构特性为保持短结构特性,La,La必需很长。必需很长。必需很长。必需很长。45正向电流正向电流正向

38、电流正向电流-电压特性。电压特性。电压特性。电压特性。(a)(a)仅考虑复合。仅考虑复合。仅考虑复合。仅考虑复合。(b)(b)包括载流子之间的散射。包括载流子之间的散射。包括载流子之间的散射。包括载流子之间的散射。(c)(c)还包括俄歇复合。还包括俄歇复合。还包括俄歇复合。还包括俄歇复合。大注入，由于载流子之间的散大注入，由于载流子之间的散大注入，由于载流子之间的散大注入，由于载流子之间的散射，双极扩散系数随载流子浓射，双极扩散系数随载流子浓射，双极扩散系数随载流子浓射，双极扩散系数随载流子浓度的增加而削减。度的增加而削减。度的增加而削减。度的增加而削减。当载流子浓度很高时，少数载当载流子浓度很高时，少数载当载流子浓度很高时，少数载当载流子浓度很高时，少数载流子寿命会因俄歇复合过程而流子寿命会因俄歇复合过程而流子寿命会因俄歇复合过程而流子寿命会因俄歇复合过程而降低。降低。降低。降低。46