FM31274-G频和开关性能。下面介绍PN结的两种电容效应,即扩散电容和势垒电容。

扩散电容,PN结的空间电荷区又称为耗尽区或势垒区。当PN结处于正向偏置时,如前所述,P区的空穴将向N区扩散,其结果导致在N区靠近结的边缘有高于正常情况时的空穴浓度。这种超量的空穴浓度可视为电荷存储到PN结的邻域。存储电荷量的大小,取决于PN结上所加正向电压值的大小。离结愈远,空穴浓度将随之减小,这是因为空穴在N区与多数载流子――电子产生复合所致。N区的电子向P区扩散的情况与上述情况类似。PN结两侧的载流子浓度分布如图3.2.6所示。这是针对P、N两侧的掺杂程度相等而言的,即nA=nD。

若外加正向电压有一增量Δv,则相应的空穴(电子)扩散运动在结的附近产生一电荷增量ΔQ,二者之比ΔQ/Δy为扩散电容CD。如果取微增量,则的

cd=dq/dud=t1id/vt        (3.2,4)

式中tt为载流子的渡越时间或寿命,用以度量超量的少子的复合时间。fD为结型二极管的工作点上的电流。vt为温度电压当量。

PN结在正向偏置时,积累在P区的电子和N区的空穴随正向电压的增加而很快增加,扩散电容较大。反向偏置时,载流子数目很少,因此反向偏置时扩散电容数值很小,一般可以忽略。

势垒电容,接下来考虑PN结处于反向偏置的情况。当外加电压‰增加时,势垒电位增至vo+vr(见图3.2.3b),结电场增强,多数载流子被拉出而远离PN结,势垒区将增宽;反之,当外加电压减小时,势垒区变窄。势垒区的变化,意味着区内存储的正、负离子电荷数的增减,类似于平行板电容器两极板上电荷的变化。此时PN结呈现出的电容效应称为势垒电容C:,所不同的是,势垒电容是非线性的。

对于非线性的势垒电容,可用微增量电容的概念来定义,即

cD=dQ/dud                  (⒊⒉5)

式中cbo为每侧存储电荷的微增量,dLD为作用于结型二极管上的电压

微增量。经理论推导①,势垒电容订表示为式中为零偏置情况下的势电容,u为结型二极管工作点上的电压(在反偏情况下为负值)。b为建立势垒电位(典型值为1Ⅴ),掘为结的梯度系数,其值取决于PN结两侧的掺杂情况,对于线性掺杂来说,m=1/3;而在突变结,如nA>>nD或反之,f=1/2。

由上可见,PN结的电容效应是扩散电容CD和势垒电容ε的综合反映,在高频运用时,必须考虑PN结电容的影响。PN结电容的大小除了与本身结构和工艺有关外,还与外加电压有关。当PN结处于正向偏置时,结电容较大(主要决定于扩散电容CD);当PN结处于反向偏置时,结电容较小(主要决定于势垒电容C)。

空间电荷区是由电子、空穴还是由施主离子、受主离子构成的?空间电荷区又

称为耗尽区或势垒区,为什么?

如需使PN结处于正向偏置,外接电压的极性如何确定?

PN结二极管处于反向偏置时,耗尽区的宽度是增加还是减少,为什么?

PN结的单向导电性在什么外部条件下才能显示出来?  

PN结的电容效应是怎样产生的?

二极管的结构,半导体二极管按其结构的不同大致可分为面接触型和点接触型两类。

二极管及其基本电路,面接触型或称面结型二极管的PN结是用合金法或扩散法做成的,其结构如图3.3,1a所示。由于这种二极管的PN结面积大,可承受较大的电流,但极间电容也大。这类器件适用于整流,而不宜用于高频电路中。如2CP1为面接触型硅二极管,最大整流电流为钔0mA,最高工作频率只有3kHz。点接触型二极管的PN结面积很小,所以极问电容很小,适用于高频电路和数字电路。如2AP1是点接触型锗二极管,最大整流电流为16mA,最高工作频率为150MHz。但是这种类型的二极管不能承受高的反向电压和大的电流。

图3,3.1b是硅工艺平面型二极管的结构图,是集成电路中常见的一种形式。二极管的代表符号如图3.3.1c所示。

半导体二极管的结构及符号(a)面接触型 (b)集成电路中的平面型 (c)代表符号

实际的二极管的v/J特性如图3.3.2和图3.3.3所示。由图可以看出,二极管的yJ特性和PN结的vf特性(图3.2.4)基本上是相同的。下面对二极管y~J特性分三部分加以说明:

正向特性,图3,3,3的第①段为正向特性,此时加于二极管的正向电压不大,流过管子的电流相对来说却很大,因此管子呈现的正向电阻很小。

但是,在正向特性的起始部分,由于正向电压较小,外电场还不足以克服PN结的内电场,因而这时的正向电流几乎为零,二极管呈现出一个大电阻,好像有一个门坎。硅管的门坎电压/山(又称死区电压)约为0.5V,锗管的⒕h约为0.1V,当正向电压大于γ伍时,内电场大为削弱,电流因而迅速增长,二极管正向导通。硅管正向导通压降约为0.7Ⅴ,锗管约为0.2Ⅴ。