【论文01】15级-PN结的瞬态分析及保护.ppt-课程中心.pptVIP

课程小论文——题目：PN结的瞬态分析及保护 西华大学《模拟电子技术》示范课 组员：樊建瀚 序号：01 主讲：樊建瀚 一六年九月制 论文撰写背景 写清楚为什么要写作这篇论文 学习PN结之后对于其在特殊工作环境下的工作状态和损坏产生了兴趣，想对所以通过资料的查询和综合来分析上述问题。 论文摘要 论文摘要： 自半导体出现以来，由半导体承载的工作越来越多，也越来越重要。但由于它具有单向导电性，时常会有快速选择电流的情况即正反偏置快速交换的情况。本文针对简单电路中二极管的正反快速偏置过程中进行极短时间的瞬态分析，并判断是否会对二极管性能产生影响且寻求解决办法。 引言： PN结二极管的单向导电性决定了它有着选择电流的功能，因此时常会遇到出现正向和反向偏置快速交换的情况，现就下图电路分析二极管在快速变换瞬间的的特性。 符号说明： ：空穴扩散系数 ：空穴载流子寿命 ：反向电流 ：热平衡时的 ：正向电流 ：厚度 ：n型半导体空穴浓度 分析过程： 如果是渐变的电流可以不考虑其中的损害，但是如果是如上图瞬变的情况就需要进行分析了。 对于普通的开关来说由于金属导体的正反向偏置的过渡近乎突变，过渡时间极短，但是对于PN结而言由于半导体的导电性质，所以从正向到反向偏置的响应时间受限于少数载流子的储存效应。 就上图而言：PN结流过正向电流 ，在t=0时期，开关S突然扳到右侧，有一个初始反向电流 =（VR-VF）/R流过，瞬变时间定义为电流降低到初始反相电流 的10%时所经历的时间，如下图所示，等于t1和t2之和，t1和t2分别为恒流阶段和衰减阶段所经历的时间。 分析过程： 首先分析恒流阶段（也称为储存阶段），对于PN结n型一侧（ ），由过剩载流子随时间和距离衰减的连续性方程可得： 边界条件为：t=0时，空穴的初始分布是扩散方程的稳态解。则，加在结两端的正偏电压为： 分析过程： 少数载流子浓度 随时间的分布示于下图： 分析过程： 则由上式可以算出，只要 （0，t）大于 （在时间间隔0tt1内），结电压Vj保持在kT/q的量级，如下图： 分析过程： 在此时间间隔内，反向电流近似恒定，形成恒定电流阶段。与时间相关的连续性方程的解给出时间t1，由如下超越方程所示： 分析过程： 然而，用电荷控制模型可以得到简单明确的t1表达式，而且可更深入的看到变化的本质。则轻掺杂一侧的少数载流子电荷由一个积分表达为： 所以当电流反转之后，对此方程积分得： 分析过程： 则由正向电流 ，给出初始条件，得到的解为： 令 ，得到t1为： 则，对比看来，在 时，这种近似下得到的值为原先值的2倍，在 时，为20倍。 分析过程： t1时刻后，空穴浓度开始减少到平衡态值以下，结电压趋于VR，新的边界条件成立，这个阶段是初始边界条件为 的衰减阶段。t2的解由另外一个超越方程给出： 分析过程： 由此，解出t2的结果后，将t1,t2的结果整合为下图： 总结 在 比值较大的情况下，瞬变时间近似为： 对于W》Lp的情形，为： 总结 比如：如果使结（W《Lp）从正向10mA变为反向10mA（ ），恒流阶段的时间为0.3 ，衰减阶段的时间约为0.6 ，所以总的时间为0.9 。所以，为了保护器材以及保持较高的性能，需要使这两种时间尽量减短，可以在禁带内引入深能级杂质，比如在硅中掺入金。 扩展 在此对于上诉问题的器件保护方面拓展，除了进行特殊部位的特殊杂质的掺入以延长寿命和保护性能外，还可以使用瞬态抑制二极管（TVS）在特殊的电路位置以应对快速的正反偏置的变化。