多子通过阻挡层的扩散运动可以忽略,反向电流几乎全是由少子漂移运动形 成的,其值几乎与外加反向电压无关,故反向电流又称反向饱和电流,用Is 表示。l的值与PN结两边的掺杂浓度有关,两边掺杂浓度越大,相应的热平 衡少子浓度越小,Is也就越小,硅PN结l的约为(109~1016)A,锗PN结 的约为(106~108)A,J又是温度敏感参数,其值随温度升高而增大,温 度每升高10,I约增加一倍,此外l还与PN结的面积成正比 3、伏安特性:利用半导体物理知识可推得,PN结的正反向特性可用下式表示: I=Is (e vvT-1) (P18-1) 正偏时,V为正值,I随V增大而增大,若V>>Vr(或V大于100mv),上 式可简化为I≈leww,而当V不太大时,I仍是很小的数值,PN结几乎 不导通,工程上定义一电压,称为导通电压,用 Vp (on))表示,当V>Vb(mn 时,PN结正向导通,I有明显数值,当V<Vb(on时,PN结不导通,工程 上一般取:硅PN结VD(on)=0.7,锗PN结VD(on)=0.3v 反偏时,V为负值,当V|>>Vr=KTq时,eWM→0,l即为反向饱和 电流。上述伏安特性所表现出来的单向导电性是PN结的重要特性 温度特性:前已讲过I是温度敏感参数,温度每升高10C,I约增加一倍 加正偏时,虽然ew~随温度升高而减小,但不如l随温度升高而增大得快
多子通过阻挡层的扩散运动可以忽略，反向电流几乎全是由少子漂移运动形 成的，其值几乎与外加反向电压无关，故反向电流又称反向饱和电流，用IS 表示。 IS的值与PN结两边的掺杂浓度有关，两边掺杂浓度越大，相应的热平 衡少子浓度越小，IS也就越小，硅PN结IS的约为（10-9～10-16）A，锗PN结IS 的约为（10-6～10-8）A，IS又是温度敏感参数，其值随温度升高而增大，温 度每升高100C，IS约增加一倍，此外IS还与PN结的面积成正比。 3、伏安特性：利用半导体物理知识可推得，PN结的正反向特性可用下式表示： I = IS（e V/VT-1） -----------------------（P18—1） 正偏时，V为正值，I随V增大而增大，若V ＞ ＞ VT （或V大于100mv），上 式可简化为 I ≈ ISe V/VT ，而当V不太大时，I仍是很小的数值，PN结几乎 不导通，工程上定义一电压，称为导通电压，用VD（on）表示，当V ＞ VD（on） 时， PN结正向导通，I有明显数值，当V＜ VD（on）时， PN结不导通，工程 上一般取：硅PN结VD（on） =0.7v ,锗PN结VD（on）=0.3v 反偏时, V为负值，当︱V ︱ ＞ ＞ VT=KT/q时，e V/VT→0，I= IS即为反向饱和 电流。上述伏安特性所表现出来的单向导电性是PN结的重要特性。 4、温度特性：前已讲过 IS是温度敏感参数，温度每升高100C， IS约增加一倍。 加正偏时，虽然e V/VT随温度升高而减小，但不如IS随温度升高而增大得快
因而PN结的正向电流随温度升高而略有增大,如下图P19所示: 12>T1 图P19 TI (BR) V/V 由图可见:这种温度效应实际上与Vb(om随温度升高而略有减少是等价的 温度每升高1,VD(om)约减小25mV。但温度升高是有限制的,当温度升 高到本征激发占支配地位,杂质半导体与本征半导体相似,PN结不存在了。 因此,为了保证ⅨN结的正常工作,就有一个最高温度限制,这个最高温度 硅为(150~200),锗为(75~100) 三、PN结的击穿特性 当反向电压增大到一定值时,PN结的反向电流将随反向电压的增加而急剧 增 加,这种现象称为PN结的击穿,反向电流急剧增加时所对应的电压称为反 向击穿电压,如上图所示,PN结的反向击穿有雪崩击穿和齐纳击穿两种
因而PN结的正向电流随温度升高而略有增大，如下图P19所示： 由图可见：这种温度效应实际上与VD（on）随温度升高而略有减少是等价的。 温度每升高1 0C，VD（on）约减小2.5mV。但温度升高是有限制的，当温度升 高到本征激发占支配地位，杂质半导体与本征半导体相似，PN结不存在了。 因此，为了保证PN结的正常工作，就有一个最高温度限制，这个最高温度 硅为（150～200）0C，锗为（75 ～100）0C。 三、PN结的击穿特性： 当反向电压增大到一定值时，PN结的反向电流将随反向电压的增加而急剧 增 加，这种现象称为PN结的击穿，反向电流急剧增加时所对应的电压称为反 向击穿电压，如上图所示，PN结的反向击穿有雪崩击穿和齐纳击穿两种。 V / V I/mA 0 T2 T1 T2> T1 V(BR) 图P19
1、雪崩击穿:阻挡层中的载流子漂移速度随内部电场的增强而相应加快到 定程度时,其动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来,产生自由电 子—一空穴对新产生的载流子在强电场作用下,再去碰撞其它中性原子,又 生新的自由电子一空穴对,如此连锁反应,使阻挡层中的载流子数量急 剧增加,象雪崩一样。雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的ⅨN结中,阻挡层 宽,碰撞电离的机会较多,雪崩击穿的击穿电压高 2、齐纳击穿:当PN结两边掺杂浓度很高时,阻挡层很薄,不易产生碰撞电 离,但当加不大的反向电压时,阻挡层中的电场很强,足以把中性原子中 的价电子直接从共价键中拉出来,产生新的自由电子一空穴对,这个过程 称为场致激发。 般击穿电压在6V以下是齐纳击穿,在6V以上是雪崩击穿 击穿电压的温度特性:温度升高后,晶格振动加剧,致使载流子运动的平 均自由路程缩短,碰撞前动能减小,必须加大反向电压才能发生雪崩击穿 具有正的温度系数,但温度升高,共价键中的价电子能量状态高,从而齐 纳击穿电压随温度升高而降低,具有负的温度系数。6V左右两种击穿将会 同时发生,击穿电压的温度系数趋于零。 4、稳压二极管:門N结一旦击穿后,尽管反向电流急剧变化,但其端电压几 乎不变(近似为VBR,只要限制它的反向电流,PN结就不会烧坏,利用
1、雪崩击穿：阻挡层中的载流子漂移速度随内部电场的增强而相应加快到一 定程度时，其动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电 子—空穴对新产生的载流子在强电场作用下，再去碰撞其它中性原子，又 产生新的自由电子—空穴对，如此连锁反应，使阻挡层中的载流子数量急 剧增加，象雪崩一样。雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN结中，阻挡层 宽，碰撞电离的机会较多，雪崩击穿的击穿电压高。 2、齐纳击穿：当PN结两边掺杂浓度很高时，阻挡层很薄，不易产生碰撞电 离，但当加不大的反向电压时，阻挡层中的电场很强，足以把中性原子中 的价电子直接从共价键中拉出来，产生新的自由电子—空穴对，这个过程 称为场致激发。 一般击穿电压在6V以下是齐纳击穿，在6V以上是雪崩击穿。 3、击穿电压的温度特性：温度升高后，晶格振动加剧，致使载流子运动的平 均自由路程缩短，碰撞前动能减小，必须加大反向电压才能发生雪崩击穿 具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐 纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。6V左右两种击穿将会 同时发生，击穿电压的温度系数趋于零。 4、稳压二极管：PN结一旦击穿后，尽管反向电流急剧变化，但其端电压几 乎不变（近似为V(BR)，只要限制它的反向电流，PN结就不会烧坏，利用
这一特性可制成稳压二极管,其电路符号及伏安特性如下图所示: zmn max 其主要参数有:Vz zmn zmax 四、PN结的电容特性: PN结除具有非线性电阻特性外,还具有非线性电容特性,主要有势垒电容 和扩散电容。 1、势垒电容:势垒区类似平板电容器,其交界两侧存储着数值相等极性相反 的离子电荷,电荷量随外加电压而变化,称为势垒电容,用C表示。 CT=-dQ/dV
这一特性可制成稳压二极管，其电路符号及伏安特性如下图所示： I VZ 0 V Izmin Iz Izmax 其主要参数有：VZ 、 Izmin 、 Iz 、 Izmax 四、PN结的电容特性： PN结除具有非线性电阻特性外，还具有非线性电容特性，主要有势垒电容 和扩散电容。 1、势垒电容：势垒区类似平板电容器，其交界两侧存储着数值相等极性相反 的离子电荷，电荷量随外加电压而变化，称为势垒电容，用CT表示。 CT = - dQ/dV
PN结有突变结和缓变结,现考虑突变结情况(缓变结参见《晶体管原 理》),PN结相当于平板电容器,虽然外加电场会使势垒区变宽或变窄 但这个变化比较小可以忽略,则Cr=εS/L,已知动态平衡下阻挡层的宽 度L,代入上式可得: Na+Nd q Na Nd 上式中,V=VBV将v提取出来即得C=C(0)/V1-V/VB Cr不是恒值,而是随V而变化,利用该特性可制作变容二极管 扩散电容:多子在扩散过程中越过PN结成为另一方的少子,当PN结处于 平衡状态(无外加电压)时的少子称为平衡少子,可以认为阻挡层以外 的区域内平衡少子浓度各处是一样的,当PN结处于正向偏置时,N区的 多子自由电子扩散到P区成为P区的非平衡少子,由于浓度差异还会向P 区深处扩散,距交界面越远,非平衡少子浓度越低,其分布曲线见PN 结的伏安特性]。当外加正向电压增大时,浓度分布曲线上移,两边非平 衡少子浓度增加即电荷量增加,为了维持电中性,中性区内的非平衡多
PN结有突变结和缓变结，现考虑突变结情况（缓变结参见《晶体管原 理》），PN结相当于平板电容器，虽然外加电场会使势垒区变宽或变窄 但这个变化比较小可以忽略，则CT=εS/L，已知动态平衡下阻挡层的宽 度L0，代入上式可得： εS 2 ε Na+Nd √ q Na·Nd 上式中，Vx=VB－V 将VB提取出来即得CT= CT（0）/ √1 －V/ VB CT不是恒值，而是随V而变化，利用该特性可制作变容二极管。 2、 扩散电容：多子在扩散过程中越过PN结成为另一方的少子，当PN结处于 平衡状态（无外加电压）时的少子称为平衡少子，可以认为阻挡层以外 的区域内平衡少子浓度各处是一样的，当PN结处于正向偏置时，N区的 多子自由电子扩散到P区成为P区的非平衡少子，由于浓度差异还会向P 区深处扩散，距交界面越远，非平衡少子浓度越低，其分布曲线见[PN 结的伏安特性]。当外加正向电压增大时，浓度分布曲线上移，两边非平 衡少子浓度增加即电荷量增加，为了维持电中性，中性区内的非平衡多 Vx CT =