2.2.2PN结——电容特性专题培训课件.ppt

VDI反向特性反向特性正向特性正向特性击击穿穿特特性性PN结结伏安特性伏安特性：电流随电压变化的非线性电阻特性伏库特性伏库特性：电容随电压变化的非线性电容特性电容随电压变化的非线性电容特性 当外加电压发生变化时，空间电荷的宽度要相当外加电压发生变化时，空间电荷的宽度要相应地随之改变，即存储的电荷量要随之变化，如应地随之改变，即存储的电荷量要随之变化，如同电容充放电。同电容充放电。二极管的两极之间有电容，它由两部分组成：二极管的两极之间有电容，它由两部分组成：3 PN结结电容特性电容特性A.势垒电容势垒电容CB B.扩散电容扩散电容CD平行板电容平行板电容平行板宽度是一定的平行板宽度是一定的PNPN结电容结电容空间电荷的空间电荷的 宽度随外加电压宽度随外加电压 要相应地随之改变要相应地随之改变A 势垒电容势垒电容CBUPN+空间电荷层空间电荷层a.当当PN结正向偏置电压升高时结正向偏置电压升高时PN结变窄结变窄空间电荷层中的空间电荷层中的电荷量减少电荷量减少U+U(U0)PN+空间电荷不能移动，空间电荷的减少是由于电子和空穴中和空空间电荷不能移动，空间电荷的减少是由于电子和空穴中和空间电荷层中的带电离子。间电荷层中的带电离子。正向偏置电压升高正向偏置电压升高部分电子和空穴部分电子和空穴“存入存入”空间电荷区空间电荷区b.当当PN结正向偏置电压降低时结正向偏置电压降低时PN结变宽结变宽空间电荷层中的空间电荷层中的电荷量增大电荷量增大U-U(U0)PN+反向偏置电压升高反向偏置电压升高部分电子和空穴从空间电荷区部分电子和空穴从空间电荷区“取出取出”势垒电容势垒电容C CB B PN结交界处两端电压改变时，会引起积累在PN结的空间电荷浓度发生改变，这类似于电容的充放电现象，从而显示出PN结的电容效应，称为势垒电容。势垒 电容的充电过程：结论：正偏结论：正偏V加大加大空间电荷区空间电荷区变窄变窄极板距离减小极板距离减小 CB 反偏反偏V加大加大空间电荷区空间电荷区变宽变宽极板距离增大极板距离增大CB PN+B 扩散电容扩散电容CD非平衡少子的积累非平衡少子的积累PN+.扩散区的电荷量随外电压的变化而扩散区的电荷量随外电压的变化而产生的电容效应。产生的电容效应。PNPN结结正偏正偏时，由时，由N N区扩散到区扩散到P P区的电子（区的电子（非平衡少子非平衡少子），堆），堆积在积在 P P 区内紧靠区内紧靠PNPN结的附近，到远离交界面处，形成一定的结的附近，到远离交界面处，形成一定的浓浓度梯度度梯度分布曲线。电压增大，正向（扩散）电流增大。分布曲线。电压增大，正向（扩散）电流增大。PNPN结结正偏正偏时，由时，由N N区扩区扩散到散到P P区的电子（区的电子（非平衡少非平衡少子子），堆积在），堆积在 P P 区内紧靠区内紧靠PNPN结的附近，到远离交界结的附近，到远离交界面处，形成一定的面处，形成一定的浓度梯浓度梯度度分布曲线。电压增大，分布曲线。电压增大，正向（扩散）电流增大。正向（扩散）电流增大。扩散电容示意图扩散电容示意图U变化时，变化时，P区区积累的非平衡少积累的非平衡少子浓度分布图子浓度分布图U03U=0U Ws 接触前接触前(EF)s高于高于(EF)m，(EF)s-(EF)m=Wm-Ws半导体的电势高于金属电势半导体的电势高于金属电势能带靠近金属一侧向上弯曲能带靠近金属一侧向上弯曲 接触后接触后n半导体半导体EF 金属金属空间电荷区空间电荷区Wm-SWm-WS=qV D(E(EF F)s s高于高于(E(EF F)m m 半导体中电子向金属流动半导体中电子向金属流动金属（金属（-）半导体（半导体（+）(E(EF F)s s和和(E(EF F)m m统一统一接触性电势差接触性电势差 V D=(Wm WS)/q金属金属 半导体接触：半导体接触：能带向上弯曲，形成表面势垒，是高阻区域，称能带向上弯曲，形成表面势垒，是高阻区域，称n型阻挡层型阻挡层处于平衡态的阻挡层中没有净电流通过。处于平衡态的阻挡层中没有净电流通过。Wm Wsn n型阻挡层型阻挡层n半导体半导体EF 金属金属空间电荷区空间电荷区Wm-SWm-WS=qV D Wm WsN N型反型反阻挡层（很薄阻挡层（很薄）S-WmWS-Wm EFn n半导体半导体金属金属 V=0整流理论（阻挡层）整流理论（阻挡层）：n正向偏置：正向偏置：金属（金属（+）半导体半导体(-)电子容易由半导体流入金属电子容易由半导体流入金属N逆向偏置：逆向偏置：金属（金属（-）半导体（半导体（+）电子从半导体流入金属困难电子从半导体流入金属困难正向偏置下，由金属流向半导体由金属流向半导体的电子电流一定；因电位降低而的电子电流一定；因电位降低而增加，增加，由半导体流向金属的电子由半导体流向金属的电子电流因电位降低而增加。故有电流因电位降低而增加。故有金金属属半导体半导体电电流。流。逆向偏置下，由金属流向半导体由金属流向半导体的电子电流一定；半导体流向金的电子电流一定；半导体流向金属的电子电流因电位增加而降低属的电子电流因电位增加而降低，故有故有半导体半导体金属金属反向电反向电流（恒流（恒定）定）。+VDI反向特性反向特性正向特性正向特性金属半导体接触I-U特性类似于pn结的伏安特性肖特基二极管肖特基二极管利用金属利用金属半导体整流接触特性制成的二极管称为半导体整流接触特性制成的二极管称为肖特基二极管。肖特基二极管。不同：不同：1 反向电反向电流产生机制不同：流产生机制不同：肖特基肖特基二二极管为极管为多多数载流子工作数载流子工作pnpn接面二接面二极管为少数载流子极管为少数载流子工作工作结结果：果：肖特基肖特基二二极管极管的的饱和电流饱和电流要要大得多，起大得多，起始电流始电流也也较较大。大。肖肖特特基基二二极极管管为为多多数数载载流流子子元元件件，在在正正向向偏偏置置下下沒沒有有扩扩散散电电容容，在在逆逆向向偏偏置置下下，也也沒沒有有少少数数载载流流子子储储存存电电荷荷需需要要移移除除，所所以以切切换换速速度度快快，这这用用于于高速数字电路高速数字电路。2 2 频率响应频率响应不同：不同：相同：相同：单向导电性单向导电性肖特基二极管与肖特基二极管与pn二极管二极管的比较的比较(3)欧姆接触欧姆接触非整流接触。非整流接触。欧姆接触欧姆接触