第四章 PN结二极管.pptVIP

主要内容 P-N结的静电学 载流子注入（载流子浓度与电压的关系） 准中性区内的扩散电流 P-N结的暗特性 光照特性 太阳能电池的输出参数 有限电池尺寸对I0的影响（自学） §1 P-N结的静电学 一、基本物理特性 1. pp ＞＞pn ，n n ＞＞n p； 2. p区和n区多子分别向对方扩散； 3. 界面p区侧留下固定的离化受主负电荷， n区侧留下固定的离化施主正电荷； 正负电荷称为 空间电荷 ，区域称为 空间电荷区 。 4. 正--负电荷间产生 自建电场 ； §1 P-N结的静电学 二、接触电位差与载流子分布 1.自建电场 特征：空间电荷区内净电子流或净空穴流密度分别等于零 §1 P-N结的静电学 2. 接触电位差 自建电场的存在，在pn结空间电荷区内产生了由 p区侧负电荷区到n区侧正电荷区逐渐上升的电位分布，使中性n区形成了一个相对于中性p区为正的电位差， 该电位差称为pn结接触电位差，用ＶＤ表示。 §1 P-N结的静电学 §1 P-N结的静电学 3. 能带结构 孤立P区和n区各自的能带图 §1 P-N结的静电学 空间电荷区自建电场，使空间电荷区内导带底、价带顶及本征费米能级依其电位分布从p区边界到n区边界逐渐下降 。最终，p区与n区的费米能级相等 §1 P-N结的静电学 §1 P-N结的静电学 4.费米能级: 热平衡系统具有统一的费米能级 对于平衡pn结，只要确定费米能级位置，则可得到其能带结构 §1 P-N结的静电学 5. 耗尽层近似 空穴和电子在空间电荷区依指数规律分布，在边界内侧下降极为迅速，使绝大部分空间电荷区内的载流子浓度与中 性区相应的多子浓度相比可以忽略。所以，在进行某些理论 分析时，常采用耗尽近似，认为空间电荷区里载流子的浓度为零 据此空间电荷区又被称为耗尽区，或耗尽层。 §1 P-N结的静电学 从能带结构图可见，p区电子能量比n区高qVD ，n 区空穴能量比p区高qVD ，多子进入对方需要越过高度为qVD的势垒。因此，空间电荷区又被称为势垒区。 空间电荷区=耗尽区=耗尽层=势垒区 势垒区接触电势差VD的关系式 §2 载流子注入 1.势垒区两侧边界处载流子浓度的关系 §2 载流子注入 一般情况下 ，热平衡时势垒区一侧边界处少子浓度等于势垒区另一侧边界处 多子浓度乘以 §2 载流子注入 2.势垒区两边界处载流子浓度服从波尔兹曼分布 结果： §4 P-N结的暗特性 一、理想pn结模型（四个近似） （1）不考虑势垒区中的产生与复合 结果：电子、空穴电流通过势垒区时保持不变 （2）小注入 结果：在准中性区多子浓度约等于平衡时浓度，对少子只需要考虑扩散电流 （3）耗尽层近似 结果：空间电荷区为高阻区，载流子浓度为零；外加电压几乎降落在空间电荷区 §4 P-N结的暗特性 （4）势垒区两边界处载流子浓度服从波尔兹曼分布 结果： §4 P-N结的暗特性 非平衡少子边扩散边与多子复合， 并在扩散长度处基本被全部复合。 非平衡少子扩散并被复合的区域称为非平衡少子扩散区，非平衡少子扩散的长度用Lp和Ln表示。 §4 P-N结的暗特性 二、伏安特性方程 1、思 路： A. 空间电荷区和扩散区中任一截面的空穴流密度与电子流密度不一定相等； 任一截面的空穴流密度与电子流密度之和却相等，即为pn结的总电流； 分别求出空间电荷区边界空穴流密度和电子流密度，二者之和则构成pn结电流密度。（前面的假设（1） ） §4 P-N结的暗特性 B.忽略空间电荷区内载流子的产生和复合，即空间电荷区二侧边界处电子流 密度与空穴流密度各自分别相等；pn结电流则可用p区侧边界电子流与n区侧边界空穴流密度之和表示。 (前面的假设（2）和（3）) §4 P-N结的暗特性 C. 分别求解少子电子和少子空穴在其扩散区的载流子连续性方程，可得到非 平衡少子电子和非平衡少子空穴在其扩散区的分布函数； 根据扩散方程，即可求得空间电荷区p区侧边界处的电子流密度，n区侧边界处处空穴流密度。 §4 P-N结的暗特性 §4 P-N结的暗特性 2、空穴在其扩散区（n区的准中性区）内连续性方程 §4 P-N结的暗特性 求得 §4 P-N结的暗特性 势垒区两边界少子浓度的变化 §4 P-N结的暗特性 那么 §4 P-N结的暗特性 §4 P-N结的暗特性 少子在二极管中扩散电流密度示意图 §4 P-N结的暗特性 3、pn结电流（伏安特性方程）： §4 P-N结的暗特性 引入反向饱和电流I0，即 那么，PN结的伏安特性方程又可表示为 §4 P-N结的暗特性 4.伏安特性曲线 §5 P-N结的光照特性 当光照时所引起的电子