第四章结二极管.ppt

§4P-N结的暗特性3、pn结电流（伏安特性方程）：方程对正偏、反偏pn结都成立。第29页，共42页，星期日，2025年，2月5日§4P-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称为反向饱和电流，A表示二极管的横截面积。 第30页，共42页，星期日，2025年，2月5日第1页，共42页，星期日，2025年，2月5日主要内容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）第2页，共42页，星期日，2025年，2月5日§1P-N结的静电学一、基本物理特性1.pp＞＞pn，nn＞＞np；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；第3页，共42页，星期日，2025年，2月5日§1P-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第4页，共42页，星期日，2025年，2月5日§1P-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。第5页，共42页，星期日，2025年，2月5日§1P-N结的静电学VD-XP0XnP区N区接触电位差示意图第6页，共42页，星期日，2025年，2月5日§1P-N结的静电学3.能带结构孤立P区和n区各自的能带图EiPEFEinEF第7页，共42页，星期日，2025年，2月5日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EFEFP区n区§1P-N结的静电学第8页，共42页，星期日，2025年，2月5日qVDEipEinEF§1P-N结的静电学第9页，共42页，星期日，2025年，2月5日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§1P-N结的静电学第10页，共42页，星期日，2025年，2月5日§1P-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。第11页，共42页，星期日，2025年，2月5日§1P-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的关系式第12页，共42页，星期日，2025年，2月5日§2载流子注入1.势垒区两侧边界处载流子浓度的关系由关系式得第13页，共42页，星期日，2025年，2月5日§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第14页，共42页，星期日，2025年，2月5日§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：同理第15页，共42页，星期日，2025年，2月5日§4P-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第16页，共42页，星期日，2025年，2月5日§4P-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：同理第17页，共42页，星期日，2025年，2月5日§4P-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