1、二極管理想因子其中qV為內建勢壘高度，E為電子準Fermi能級，E為空穴準Fermi能級，VbiFnFpF為外加正向偏壓。1.理想伏安特性這里所說的理想PN結，是指考慮以下條件：（1）全部外電壓降落在耗盡層上，耗盡區以外的區域為電中性，即耗盡層近似；（2）小注入；（3）耗盡層內不存在復合或產生電流，電流全部為少子擴散電流；（4）非簡并半導體，載流子服從Boltzmann分布。在正向偏壓下，內建電場被削弱，電子從N區擴散到P區，空穴從P區擴散到N區。那么邊界處的非平衡電子濃度為n二nexp(qV/kT)一n二nexp(qV/kT)一1(xp)pFppF由此可以得到注入P區的電子電流密度為jnex

2、p(qV/kT)-1(D/L)qnpFnnnDq(一pn.)exp(qV/kT)一1LFn那么同樣也可以寫出P區注入到N區的空穴電流密度為pDjq(嚴鼻)exp(qV/kT)1pLFp所以總的電流密度就為nDpDjq(生,j)exp(qV/kT)-1=jexp(qV/kT)-1LLF0FnpnDpD其中jq(-n+于亠)，j是不隨電壓變化的常量，在溫度為300K時，0LL0npkT/q0.026V，而一般正向電壓V約為幾百毫伏，所以exp(qV/kT)遠遠大于1,那FF么總電流密度也可以寫成jjexp(qV/kT)0F2.實際的伏安特性在實際的PN結伏安特性中，需要考慮如下的因素影響：(1)表

3、面效應；(2)勢壘區中的產生-復合電流；(3)大注入條件；(4)串聯電阻效應。這里主要討論勢壘區中的產生-復合電流的影響來說明理想因子的定義。在正向偏壓下，N區注入P區的電子和P區注入N區的空穴在勢壘區內復合掉了一部分，形成了一股正向電流，稱為勢壘區復合電流。為了近似計算，我們假定復合中心和本征Fermi能級重合，令電子和空穴的復合幾率相等，即rrr，那么凈復合率可以寫成nprN(np-n2)U=t匚n+p+2ni其中N為復合中心濃度，n，p，n分別為電子濃度，空穴濃度和本征載流子濃度。ti勢壘區中，有npn2exp(qV/kT)，當n二p二nexp(qV/2kT)時，電子和空穴iFiF相遇的

4、機會最大，所以nexp(qV/kT)-1UrNifmax/2exp(qV/2kT),1F而qVkT，故U=1仝exp(qV/2kT)max2F其中T二1/rN為載流子壽命。從上式可以得到復合電流密度tLqnXqV、j=dqUdx，idexp(f)r0max其中X為耗盡層寬度。D由此，可以得到總的正向電流密度Fr而由上邊的討論，可知擴散電流jexp(qV/kT),復合電流jexp(qV/2kT),FrF那么可以用如下的經驗公式來表示總正向電流密度jexp(qV/耳kT)F上式中的h就是pn結的理想因子，當復合電流為主時n=2，當擴散電流為主時耳=1，當兩者大小相近時，n介于1和2之間。由于復合是

5、取決于復合中心的多少，即勢壘區的缺陷數目，缺陷越多，復合中心越多，那么復合電流就越大。當沒有復合中心存在時，載流子幾乎不發生復合，復合電流就為零，那么只存在擴散電流，n=1；而實際中pn結勢壘區總是存在復合中心，所以一般情況下n介于1和2之間。n=1代表了無缺陷的pn結，這就是為什么稱n為理想因子。3.更多的討論我們考慮n+-p結的情況，即擴散電流只考慮P區的電子擴散電流，那么nDq_nLexp(qV/kT)F而L2=DT，所以nnj=qnD/texp(qV/kT)pnF將P區少子濃度n用參雜濃度表示為n=n2/N，ppiAjA那么擴散電流和勢壘區復合電流的比值為qnV;D/exp(qV/kT

6、)2nLqnXDi2exp(iNXnexp(qVF2kT可見j/j與n和V有關，在室溫下N遠大于n,所以V比較小時j，j,復合電riFAiFrqV流占主導地位，當V比較大時exp（日項迅速增大，jj，擴散電流占主導地位。F2kTr4.的測試實際的理想因子的測試可以通過PN結的正向I-V特性曲線測試來計算。一般的PN結I-V特性可以寫成：J=ISexpqvD/kT1（Is為反向飽和電流）選取兩個不同的電流i和i，為方便計算一般取i:i二1:10，則D1D2D1D2lniD2=ln10=2.302585iD1那么有i二Iexpqv/kT一1TOC o 1-5 h zD1SD1i二Iexpqv/kT一1D2SD2兩式相除，并兩邊取自然對數，可得 HYPERLINK l bookmark68ln-D2.=q(v一v)/kTiD2D1D1q(v-v)D2D1lnId2kTiD1v一v在300K時，kT/q=0.026V，可化簡為=2，這樣就可以