PN結(jié)的擊穿特性:
當(dāng)反向電壓增大到一定值時(shí),PN結(jié)的反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增 加,這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的擊穿,反向電流急劇增加時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓,如上圖所示, PN結(jié)的反向擊穿有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種。 1、雪崩擊穿:阻擋層中的載流子漂移速度隨內(nèi)部電場(chǎng)的增強(qiáng)而相應(yīng)加快到一定程度時(shí),其動(dòng)能足以把束縛在共價(jià)鍵中的價(jià)電子碰撞出來(lái),產(chǎn)生自由電 子—空穴對(duì)新產(chǎn)生的載流子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,再去碰撞其它中性原子,又產(chǎn)生新的自由電子—空穴對(duì),如此連鎖反應(yīng),使阻擋層中的載流子數(shù)量急 劇增加,象雪崩一樣。雪崩擊穿發(fā)生在摻雜濃度較低的PN結(jié)中,阻擋層寬,碰撞電離的機(jī)會(huì)較多,雪崩擊穿的擊穿電壓高。 2、齊納擊穿:當(dāng)PN結(jié)兩邊摻雜濃度很高時(shí),阻擋層很薄,不易產(chǎn)生碰撞電離,但當(dāng)加不大的反向電壓時(shí),阻擋層中的電場(chǎng)很強(qiáng),足以把中性原子中的價(jià)電子直接從共價(jià)鍵中拉出來(lái),產(chǎn)生新的自由電子—空穴對(duì),這個(gè)過(guò)程 稱為場(chǎng)致激發(fā)。 一般擊穿電壓在6V以下是齊納擊穿,在6V以上是雪崩擊穿。 3、擊穿電壓的溫度特性:溫度升高后,晶格振動(dòng)加劇,致使載流子運(yùn)動(dòng)的平 均自由路程縮短,碰撞前動(dòng)能減小,必須加大反向電壓才能發(fā)生雪崩擊穿具有正的溫度系數(shù),但溫度升高,共價(jià)鍵中的價(jià)電子能量狀態(tài)高,從而齊納擊穿電壓隨溫度升高而降低,具有負(fù)的溫度系數(shù)。6V左右兩種擊穿將會(huì)同時(shí)發(fā)生,擊穿 電壓的溫度系數(shù)趨于零。 4、穩(wěn)壓二極管:PN結(jié)一旦擊穿后,盡管反向電流急劇變化,但其端電壓幾 乎不變(近似為V(BR),只要限制它的反向電流,PN結(jié) 就不會(huì)燒壞,利用這一特性可制成穩(wěn)壓二極管,其電路符號(hào)及伏 安特性如上圖所示:其主要參數(shù)有: VZ 、 Izmin 、 Iz 、 Izmax
電壓才能發(fā)生雪崩擊穿具有正的溫度系數(shù),但溫度升高,共價(jià)鍵中的價(jià)電子能量狀態(tài)高,從而齊納擊穿電壓隨溫度升高而降 低,具有負(fù)的溫度系數(shù)。6V左右兩種擊穿將會(huì)同時(shí)發(fā)生,擊穿電壓的溫度系數(shù)趨于零。
PN結(jié)的電容特性: PN結(jié)除具有非線性電阻特性外,還具有非線性電容特性,主要有勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容。 1、勢(shì)壘電容:勢(shì)壘區(qū)類似平板電容器,其交界兩側(cè)存儲(chǔ)著數(shù)值相等極性相反的離子電荷,電荷量隨外加電壓而變化,稱為勢(shì)壘電容,用CT表示。 CT = - dQ/dV PN結(jié)有突變結(jié)和緩變結(jié),現(xiàn)考慮突變結(jié)情況(緩變結(jié)參見《晶體管原 理》),PN結(jié)相當(dāng)于平板電容器,雖然外加電場(chǎng)會(huì)使勢(shì)壘區(qū)變寬或變窄 但這個(gè)變化比較小可以忽略, 則CT=εS/L,已知?jiǎng)討B(tài)平衡下阻擋層的寬度L0,代入上式可得:
CT不是恒值,而是隨V而變化,利用該特性可制作變?nèi)荻O管。
2、 擴(kuò)散電容:多子在擴(kuò)散過(guò)程中越過(guò)PN結(jié)成為另一方的少子, 當(dāng)PN結(jié)處于 平衡狀態(tài)(無(wú)外加電壓)時(shí)的少子稱為平衡少子 可以認(rèn)為阻擋層以外的區(qū)域內(nèi)平衡少子濃度各處是一樣的,當(dāng)PN結(jié)處于正向偏置時(shí),N區(qū)的多子自由電子擴(kuò)散到P區(qū)成為 P區(qū)的非平衡少子,由于濃度差異還會(huì)向P 區(qū)深處擴(kuò)散,距交界面越遠(yuǎn),非平衡少子濃度越低,其分布曲線見[PN 結(jié)的伏 安特性]。當(dāng)外加正向電壓增大時(shí),濃度分布曲線上移,兩邊 非平 衡少子濃度增加即電荷量增加,為了維持電中性,中性區(qū)內(nèi)的非平衡多子濃度也相應(yīng)增加,這就是說(shuō),當(dāng)外加電壓增加時(shí),P區(qū)和N區(qū)各自存儲(chǔ)的空穴和自由電子電荷量也增加,這種效應(yīng)相當(dāng)于在PN結(jié)上并聯(lián)一個(gè)電容,由于它是載流子擴(kuò)散引起的,故稱之為擴(kuò)散電容CD,由半導(dǎo)體物理推導(dǎo)得 CD=( I + Is)τp/VT 推導(dǎo)過(guò)程參見《晶體管原理》。 當(dāng)外加反向電壓時(shí) I = Is , CD趨于零。
3、 PN結(jié)電容: PN結(jié)的總電容Cj為CT和CD兩者之和Cj = CT+CD ,外加正向電 壓CD很大, Cj以擴(kuò)散電容為主(幾十pF到幾千pF) ,外加反向電壓CD趨于零,Cj以勢(shì)壘電容為主(幾pF到幾十pF到)。 4、變?nèi)荻O管:PN結(jié)反偏時(shí),反向電流很小,近似開路,因此是一個(gè)主要由勢(shì)壘電容構(gòu)成的較理想的電容器件,且其增量電容值隨外加電壓而變化 利用該特性可制作變?nèi)荻O管,變?nèi)荻O管在非線性電路中應(yīng)用較廣泛, 如壓控振蕩器、頻率調(diào)制等。
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