微电子器件(2-4).ppt

* * 2.4 PN 结的击穿 雪崩倍增 隧道效应 热击穿 击穿现象 击穿机理： 电击穿 2.4.1 碰撞电离率和雪崩倍增因子 反向电压 可使被碰撞的价带电子跃迁到导带，从而产生一对新的电子空穴对，这就是 碰撞电离。碰撞电离主要发生在反偏 PN 结的耗尽区中。 电子（或空穴）在两次碰撞之间从电场获得的能量为 1、碰撞电离率 定义：一个自由电子（或空穴）在单位距离内通过碰撞电离而产生的新的电子空穴对的数目称为电子（或空穴）的 碰撞电离率，记为： 。 式中，A、B、m 为经验常数，可在表 2-1 中查到。 与电场 E 强烈有关，可用如下经验公式近似表示 2、雪崩倍增因子 定义：包括雪崩倍增作用在内的流出耗尽区的总电流与流入耗尽区的原始电流之比，称为 雪崩倍增因子，记为 M 。 同理，由于电子的碰撞电离在 dx 距离内新增的流出 ( x+dx ) 面的空穴数目为 单位时间内流过位于 x 处面上单位面积的空穴数目为 由于这些空穴的碰撞电离而在 dx 距离内新增的流出 ( x+dx )面的空穴数目为 为简便起见，假设 ，则流出 ( x+dx ) 面的总的新增空穴数目为 在 dx 距离内新增的空穴电流为 将上式从 x = 0 到 x = xd 积分，得： 式中， 称为 电离率积分。 当 ，总电流就是原始电流，表示无雪崩倍增效应。 随着反向电压 ，即发生 雪崩击穿。由此可得发生 雪崩击穿的条件 是 3、雪崩击穿条件 实际计算雪崩击穿电压 VB 时，常采用如下近似方法。 由于 随 E 的变化很剧烈，所以对积分起主要作用的只是 电场峰值附近的很小一部分区域。这个区域内 几乎不变，因此可以近似认为，当 达到某 临界电场 EC 时，即可满足击穿条件 ，从而发生雪崩击穿。 2.4.2 雪崩击穿 1、利用雪崩击穿条件计算雪崩击穿电压 对一定掺杂浓度的 PN 结，先计算出对应于各反向电压 V 的 E(x)，及与 E(x) 对应的 ?i (x) ，再求电离率积分。当 V 增大到使该积分等于 1 时，所对应的 V 就是雪崩击穿电压 VB 。 2、雪崩击穿电压的近似计算方法 对于突变结， 由式(2-10)可知， 可见，禁带宽度 EG 越大，则击穿电压 VB 越高；约化杂质浓度 N0 越低，VB 越高。对于单边突变结，N0 就是低掺杂一侧的杂质浓度，因此 击穿电压也取决于低掺杂一侧，该侧的杂质浓度越低，则 VB 越高。 也可通过查曲线求得突变结的雪崩击穿电压 VB 。 对于线性缓变结， 或通过查曲线求得线性缓变结的雪崩击穿电压 VB 。 实际扩散结的击穿电压 由扩散工艺形成的实际扩散结，其杂质分布既非突变结，也非线性缓变结，而是 余误差分布 或 高斯分布， N P xj xj x x N(x) N(0) N0 0 硅平面工艺中，常采用杂质扩散工艺制造 PN 结。从表面到冶金结面的距离，称为 结深，用 xj 表示。 方法 1：查曲线。 方法 2：根据 PN 结的具体情况，分别近似看作单边突变结或线性缓变结，再用相关公式进行计算。 4、击穿电压的测量 常采用类似于测量正向导通电压 VF 的方法。 3、雪崩击穿电压与温度的关系 雪崩击穿电压具有正温系数，即温度 T 上升时，VB 增大。 5、结的结构对雪崩击穿电压的影响 只有满足以下条件的 PN 结，才能使用以上公式与曲线来计算击穿电压 VB 。 结面为一平面，即平面结　 　 平行平面结 结面与材料表面相垂直 低掺杂中性区的厚度足够厚 然而实际上绝大多数 PN 结并不满足这些条件 ，这就必须对