FM31274-G頻和開關(guān)性能。下面介紹PN結(jié)的兩種電容效應(yīng),即擴(kuò)散電容和勢壘電容。

擴(kuò)散電容,PN結(jié)的空間電荷區(qū)又稱為耗盡區(qū)或勢壘區(qū)。當(dāng)PN結(jié)處于正向偏置時,如前所述,P區(qū)的空穴將向N區(qū)擴(kuò)散,其結(jié)果導(dǎo)致在N區(qū)靠近結(jié)的邊緣有高于正常情況時的空穴濃度。這種超量的空穴濃度可視為電荷存儲到PN結(jié)的鄰域。存儲電荷量的大小,取決于PN結(jié)上所加正向電壓值的大小。離結(jié)愈遠(yuǎn),空穴濃度將隨之減小,這是因?yàn)榭昭ㄔ贜區(qū)與多數(shù)載流子――電子產(chǎn)生復(fù)合所致。N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散的情況與上述情況類似。PN結(jié)兩側(cè)的載流子濃度分布如圖3.2.6所示。這是針對P、N兩側(cè)的摻雜程度相等而言的,即nA=nD。

若外加正向電壓有一增量Δv,則相應(yīng)的空穴(電子)擴(kuò)散運(yùn)動在結(jié)的附近產(chǎn)生一電荷增量ΔQ,二者之比ΔQ/Δy為擴(kuò)散電容CD。如果取微增量,則的

cd=dq/dud=t1id/vt        (3.2,4)

式中tt為載流子的渡越時間或壽命,用以度量超量的少子的復(fù)合時間。fD為結(jié)型二極管的工作點(diǎn)上的電流。vt為溫度電壓當(dāng)量。

PN結(jié)在正向偏置時,積累在P區(qū)的電子和N區(qū)的空穴隨正向電壓的增加而很快增加,擴(kuò)散電容較大。反向偏置時,載流子數(shù)目很少,因此反向偏置時擴(kuò)散電容數(shù)值很小,一般可以忽略。

勢壘電容,接下來考慮PN結(jié)處于反向偏置的情況。當(dāng)外加電壓‰增加時,勢壘電位增至vo+vr(見圖3.2.3b),結(jié)電場增強(qiáng),多數(shù)載流子被拉出而遠(yuǎn)離PN結(jié),勢壘區(qū)將增寬;反之,當(dāng)外加電壓減小時,勢壘區(qū)變窄。勢壘區(qū)的變化,意味著區(qū)內(nèi)存儲的正、負(fù)離子電荷數(shù)的增減,類似于平行板電容器兩極板上電荷的變化。此時PN結(jié)呈現(xiàn)出的電容效應(yīng)稱為勢壘電容C:,所不同的是,勢壘電容是非線性的。

對于非線性的勢壘電容,可用微增量電容的概念來定義,即

cD=dQ/dud                  (⒊⒉5)

式中cbo為每側(cè)存儲電荷的微增量,dLD為作用于結(jié)型二極管上的電壓

微增量。經(jīng)理論推導(dǎo)①,勢壘電容訂表示為式中為零偏置情況下的勢電容,u為結(jié)型二極管工作點(diǎn)上的電壓(在反偏情況下為負(fù)值)。b為建立勢壘電位(典型值為1Ⅴ),掘?yàn)榻Y(jié)的梯度系數(shù),其值取決于PN結(jié)兩側(cè)的摻雜情況,對于線性摻雜來說,m=1/3;而在突變結(jié),如nA>>nD或反之,f=1/2。

由上可見,PN結(jié)的電容效應(yīng)是擴(kuò)散電容CD和勢壘電容ε的綜合反映,在高頻運(yùn)用時,必須考慮PN結(jié)電容的影響。PN結(jié)電容的大小除了與本身結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)外,還與外加電壓有關(guān)。當(dāng)PN結(jié)處于正向偏置時,結(jié)電容較大(主要決定于擴(kuò)散電容CD);當(dāng)PN結(jié)處于反向偏置時,結(jié)電容較小(主要決定于勢壘電容C)。

空間電荷區(qū)是由電子、空穴還是由施主離子、受主離子構(gòu)成的?空間電荷區(qū)又

稱為耗盡區(qū)或勢壘區(qū),為什么?

如需使PN結(jié)處于正向偏置,外接電壓的極性如何確定?

PN結(jié)二極管處于反向偏置時,耗盡區(qū)的寬度是增加還是減少,為什么?

PN結(jié)的單向?qū)щ娦栽谑裁赐獠織l件下才能顯示出來?  

PN結(jié)的電容效應(yīng)是怎樣產(chǎn)生的?

二極管的結(jié)構(gòu),半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)的不同大致可分為面接觸型和點(diǎn)接觸型兩類。

二極管及其基本電路,面接觸型或稱面結(jié)型二極管的PN結(jié)是用合金法或擴(kuò)散法做成的,其結(jié)構(gòu)如圖3.3,1a所示。由于這種二極管的PN結(jié)面積大,可承受較大的電流,但極間電容也大。這類器件適用于整流,而不宜用于高頻電路中。如2CP1為面接觸型硅二極管,最大整流電流為鍆0mA,最高工作頻率只有3kHz。點(diǎn)接觸型二極管的PN結(jié)面積很小,所以極問電容很小,適用于高頻電路和數(shù)字電路。如2AP1是點(diǎn)接觸型鍺二極管,最大整流電流為16mA,最高工作頻率為150MHz。但是這種類型的二極管不能承受高的反向電壓和大的電流。

圖3,3.1b是硅工藝平面型二極管的結(jié)構(gòu)圖,是集成電路中常見的一種形式。二極管的代表符號如圖3.3.1c所示。

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及符號(a)面接觸型 (b)集成電路中的平面型 (c)代表符號

實(shí)際的二極管的v/J特性如圖3.3.2和圖3.3.3所示。由圖可以看出,二極管的yJ特性和PN結(jié)的vf特性(圖3.2.4)基本上是相同的。下面對二極管y~J特性分三部分加以說明:

正向特性,圖3,3,3的第①段為正向特性,此時加于二極管的正向電壓不大,流過管子的電流相對來說卻很大,因此管子呈現(xiàn)的正向電阻很小。

但是,在正向特性的起始部分,由于正向電壓較小,外電場還不足以克服PN結(jié)的內(nèi)電場,因而這時的正向電流幾乎為零,二極管呈現(xiàn)出一個大電阻,好像有一個門坎。硅管的門坎電壓/山(又稱死區(qū)電壓)約為0.5V,鍺管的⒕h約為0.1V,當(dāng)正向電壓大于γ伍時,內(nèi)電場大為削弱,電流因而迅速增長,二極管正向?qū)�。硅管正向�(qū)▔航导s為0.7Ⅴ,鍺管約為0.2Ⅴ。