2022-2023学年高二物理竞赛课件：PN结的反向击穿

PN结的反向击穿 2 PN结的反向击穿 当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。 雪崩击穿 齐纳击穿 3 雪崩击穿——价电子被碰撞电离 PN结反向电压增加时，内电场增强。通过空间电荷区的电子和空穴，在内电场作用下获得较大能量，运动时不断地与晶体中其它 原子发生碰撞，将价电子轰出共价键,产生新的电子–空穴对，这种现象称为碰撞电离。新产生的载流子被电场加速后与价电子碰撞，发生新的碰撞电离，使载流子数象雪崩似的迅速增多，使反向电流急剧增大，发生二极管的雪崩击穿。 齐纳击穿——价电子被场致激发 在加有较高的反向电压下，强大的电场力能够破坏共价键，将束缚电子拉出来造成电子–空穴对，这种现象称为场致激发，场致激发发生后，载流子数量增加，形成较大的反向电流。致使PN结产生齐纳击穿。 齐纳击穿和雪崩击穿都不会造成二极管的永久性损坏——电击穿 热击穿:发生电击穿后，若反向电压很大，反向电流也很大，产生过多的 热量散发不出去，会使PN结因过热而烧毁，这种现象称为热击穿 热击穿——不可逆 电击穿——可逆 PN结的反向击穿 4 PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。 一是势垒电容CB 二是扩散电容CD 5 (1) 势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。势垒电容的示意图如下所示图。 动画 6 扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因 PN 结正偏时，由N区扩散到 P 区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图如下图所示。 (2) 扩散电容CD 当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不相同，这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。 7 CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容CD可忽略。 PN结高频小信号时的等效电路： 势垒电容和扩散电容的综合效应 rd 3.3 半导体二极管 3.3.1 半导体二极管的结构 3.3.2 二极管的伏安特性 3.3.3 二极管的主要参数 9 一、符号 PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。 分类 按材料分类 按结构分类 按用途分类 硅管、锗管 点接触型、面接触型、平面型 普通、整流、稳压、开关二极管 P N 阳极 阴极 P N 二、分类 3.3.1 半导体二极管的结构 10 (1) 点接触型二极管 PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。 (a)点接触型 (2) 面接触型二极管 PN结面积大，用 于大电流整流电路。 (b)面接触型 (3) 平面型二极管 (c)平面型 往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。 11 半导体二极管图片1 12 半导体二极管图片2 13 半导体二极管图片3 iD O VBR D $