1電子器件基礎湖南大學電子科學與技術專業2第1章PN結二極管電子器件基礎PN結二極管PN結是結型半導體器件的心臟；在制造晶體二極管，晶體三極管和場效應晶體管等結型器件時，其主要工藝就是制造性能良好的PN結；深入地了解和掌握PN結的基本理論是學習晶體管等結型器件原理的基礎。

31.1PN結雜質濃度分布1.2平衡PN結1.3PN結空間電荷區電場和電位分布1.4PN結勢壘電容1.5PN結直流特性1.6PN結小信號交流特性與開關特性1.7PN結擊穿特性本章內容：4掌握PN結的形成、雜質分布，空間電荷區的能帶、電場、電位分布，直流特性的物理機理和數學表達式，電容和小信號交流特性，開關特性和擊穿特性；理解泊松方程、連續性方程、電荷控制方程的物理意義和解法。

本章要求：5第1節PN結雜質濃度分布p(n)n(p)二極管符號+_PN結的結構6合金法形成PN結N-GeInN-GeIn+GeP-GeN-GeN型襯底與P型再結晶層雜質均勻分布7突變結NANDxjN(x)x0單邊突變結：

NA>>NDP+—N結

ND>>NAN+—P結襯底材料為低雜質濃度PN結兩邊雜質均勻分布，雜質濃度NA(P區)、ND

(N區)為常數，在PN結交界處(xj

)突變。

N(x)=NA x<xjN(x)=ND x>xj8擴散法形成PN結根據擴散工藝中雜質源的不同，雜質濃度分布有兩種形式

P型雜質P-SiN-SiSiO2N-Si

N-SiB9（1）恒定源擴散誤差函數erf(x)余誤差函數erfc(x)N（xj）=0時，得擴散結深：反余誤差函數表面雜質濃度恒定不變，雜質分布為余誤差分布：10（2）限定源擴散N(xj)=0時，得擴散結深：Q為擴散雜質總量，表面濃度雜質總量限定，雜質濃度分布為高斯分布：11NSNBCxjN(x)x0緩變結PN結兩邊雜質分布變化；xj

處雜質緩慢變化；表面濃度NS高；襯底材料濃度NBC最低。線性緩變結：

PN結交界處（xj）雜質濃度緩慢變化為線性關系。12擴散結雜質濃度梯度雜質濃度在結深xj處變化的程度，用αj表示：

對余誤差分布有：

對高斯分布有：如NS小，xj大，則αj小，可作線性緩變結近似。如NS大，xj小，則αj大，可作突變結近似。13第2節平衡PN結1空間電荷區

P型：雜質原子——空穴正電荷+負離子電荷N型：雜質原子——電子負電荷+正離子電荷處于電中性平衡狀態，ni2=ppnp=nnpn+●+●+●+●+●+●+●+●+●﹣○﹣○﹣○﹣○﹣○﹣○﹣○﹣○﹣○P(NA)N(ND)——沒有任何外加作用的PN結14﹣○﹣○﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○﹣○P+++●+●++●+●+●+●N通過工藝制造，在一塊半導體不同區域形成P型和N型；在交界處附近，P區的空穴向N區擴散，留下負離子電荷——受主離子電荷（放出空穴即接受電子）；N區的電子向P區擴散，留下正離子電荷——施主離子電荷（放出電子）。15﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○P+++++++●+●+●NExpxnQ+Q-自建電場E：在PN結形成時，空間電荷區正、負電荷之間建立電場，方向為N指向P。空間電荷區：在交界處附近一定空間內，存在電荷Q+、Q－，xp

為Q－的寬度，xn為Q+的寬度，且Q+=Q－。電離層：空間電荷區內的電荷是固定的離子電荷。16﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○P+++++++●+●+●NExpxnQ+Q-動態平衡：載流子的擴散運動（雜質濃度梯度決定）和漂移運動（電場決定）作用相等，凈電流為0。阻擋層：自建電場E阻擋N區的電子向P區繼續擴散，阻擋P區的空穴向N區繼續擴散。耗盡層：自建電場E的作用，在空間電荷區無自由載流子積累。高阻區：空間電荷區自由載流子耗盡，呈現出高阻抗，固定離子電荷不能導電。172能帶圖反映材料的導電特性ECEFNEVEgEVEFPECPN單獨的P、N型半導體，禁帶寬度Eg反映材料導電能力的大?。毁M米能級EF反映材料的導電類型和摻雜濃度的大小。18﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○P+++++++●+●+●NExpxnECEFEVqVDVDxn-xpxoφ(x)φnφp結構圖能帶圖電勢圖Eg平衡態PN結PN結無外加作用，可證明有統一的費米能級EF（見書）

；電場E使能帶彎曲qVD——勢壘高度(勢壘區)；空間電荷區能量變化，兩端有電勢差VD——接觸電勢差；空間電荷區外無電場，能量與電勢不變。19自建電場：

φ(x)：PN結的電勢分布函數能級變化：W(-xp)

－W(xn)=q(φn－φp)=qVD

電位能差：電子電位能：203接觸電勢差VD勢壘高度等于N型區與P型區的費米能級之差能帶彎曲程度等于費米能級移動的距離線性緩變結：空間電荷區總寬度xm=xn+

xp，VD(硅)≈0.7V，VD(鍺)≈0.3V突變結：推導可得：214載流子濃度0xxn-xpn(x)p(x)PNnppp(NA)pnnn(ND)推導可得：且有如下關系：22第3節PN結空間電荷區電場和電位分布雜質分布→電場和電位分布→PN結的特性；討論兩種典型情況：突變結，線性緩變結。耗盡層近似：

1、空間電荷區內不存在自由載流子，只有施主離子和受主離子，即自由載流子耗盡；2、空間電荷區邊界“突變”，邊界及以外的中性區電荷為零。23根據電學高斯定律，推導出泊松方程：三維：即：一維：即電勢、電場與電荷（雜質）的關系，與材料有關。電子器件分析的基本方程241突變結+–xn-xp0xρ(x)0-xpxnxEEmxxn-xp0φ

–xp<x<00

<x<xn載流子濃度：–xp<x<00

<x<xn室溫下雜質全部電離電荷密度：25–xp<x<00

<x<xn泊松方程：利用邊界條件求解泊松方程（積分）邊界條件：0)(,=-fnpxxdxxd電場零點：電位零點：26電場分布：最大電場：0-xpxnxEEm27電中性條件：——空間電荷區兩側正、負電荷總數相等單邊突變結：28電位分布對電場積分得：邊界處電位：總電壓：xxn-xp0φ

29空間電荷區寬度P+N結：N+P結：可推得：302線性緩變結+–0xρ(x)0xEEm泊松方程：邊界條件：31可推得電場分布：最大電場：電勢分布：總電壓：空間電荷區寬度：323耗盡層近似討論

耗盡層近似存在哪些局限?0xxn-xpn(x)

Nnpnn(ND)Px考查突變結，耗盡層中電子分布：取：作為耗盡參考標準，則在區域-xp～x

耗盡，x～xn

不耗盡。33可推得：得：，此區域不滿足耗盡層近似；PN結正偏，VA>0，不耗盡區域增加；PN結反偏，VA=–5V，

VA=–10V，取：VA=0，近似合理。0xxn-xpn(x)

Nnpnn(ND)Px34第4節PN結勢壘電容VA變化，xm變化，

Q變化→勢壘電容:

正向電壓值增加（反向電壓值降低），勢壘寬度xm減小，載流子注入與空間電荷中和，空間電荷Q

減少，CT充電。正向電壓值降低（反向電壓值增加），勢壘寬度xm增加，載流子從勢壘區放出，空間電荷Q

增加，CT放電。351突變結勢壘電容可推得：CT

相當于可變的平行板電容，與A成正比，與xm(隨VA變化)成反比；NBC低，xm寬，CT??；A大，CT大；正偏CT大，反偏CT小。P+N結：PN+結：362線性緩變結勢壘電容可推得：正偏下，正向注入載流子濃度高于平衡值，耗盡層近似與實際偏離較大，應予修正。實際計算正偏PN結勢壘電容：

突變結：線性緩變結：37擴散結實際擴散結載流子濃度分布為余誤差函數或高斯函數，勢壘電容計算復雜；在耗盡層近似下，由計算機計算出各種不同條件下實際擴散結的雜質分布，求出勢壘寬度與勢壘電容隨電壓變化的關系，繪成圖形曲線，編輯成冊；查表法求勢壘電容。38第5節PN結直流特性VI0VBVTIR

PN結直流特性是流過PN結中電流與其兩端外加電壓之間的關系。正向電壓（V>0）

VT：閾值電壓

PN結呈低阻狀態反向電壓（V<0）

IR：反向飽和電流

VB：反向擊穿電壓

PN結呈高阻狀態391載流子注入

Lnxn-xpxop(x)n(x)pnn(x)p(x)npLpEA﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○P+++++++●+●+●NE○○○●●●+－ECEFEVqVDq(VD–VA)xmEFpEFn

VA>0(P正N負)，外電場EA與自建電場E反向，勢壘區總電場減弱，平衡被打破，電子和空穴的擴散作用增強；能帶彎曲變化，勢壘高度降低，勢壘寬度減?。毁M米能級分為電子費米能級EFn和空穴費米能級EFp。40空穴運動空穴從P區注入到N區，在邊界(xn

)附近積累，在N區形成非平衡少數載流子空穴濃度梯度，使空穴繼續向前擴散，同時與N區的多子電子復合，空穴濃度降低，經過Lp的距離，注入的少子空穴基本復合。

Lp：空穴擴散長度Lnxn-xpxop(x)n(x)pnn(x)p(x)npLpEA﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○P+++++++●+●+●NE○○○●●●+－ECEFEVqVDq(VD–VA)xmEFpEFn41電子運動電子從N區注入到P區，在邊界(-xp)附近積累，在P區形成非平衡少數載流子電子濃度梯度，使電子繼續向前擴散，同時與N區的多子空穴復合，電子濃度降低，經過Ln的距離，注入的少子電子基本復合。

Ln：電子擴散長度Lnxn-xpxop(x)n(x)pnn(x)p(x)npLpEA﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○P+++++++●+●+●NE○○○●●●+－ECEFEVqVDq(VD–VA)xmEFpEFn42正向電流

帶正電荷的空穴運動方向從P區到N區，形成空穴電流的方向從P區到N區；帶負電荷的電子運動方向從N區到P區，形成電子電流的方向從P區到N區；流過二極管的總正向電流是空穴注入電流與電子注入電流之和。Lnxn-xpxop(x)n(x)pnn(x)p(x)npLpEA﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○P+++++++●+●+●NE○○○●●●+－ECEFEVqVDq(VD–VA)xmEFpEFn432反向抽取

Lnxn-xpxop(x)n(x)pnn(x)p(x)npLp﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○P+++++++●+●+●NEER○○○●●●+－xmECEVEFqVDq(VD–VR)EFpEFn

VR<0(P負N正)，外電場ER與自建電場E同向，勢壘區總電場增強，平衡被打破，電子和空穴的擴散作用減弱，漂移作用增強；能帶彎曲變化，勢壘高度增加，勢壘寬度增加；費米能級分為EFn和EFp。44

反向電場對P區少數載流子電子的漂移作用使在邊界(-xp

)附近電子濃度減少而低于平衡值np，與P區體內存在濃度梯度產生少子電子的擴散運動，帶負電荷的電子被反向電場抽取，從P區到N區定向運動，形成由N區到P區的反向電子電流。Lnxn-xpxop(x)n(x)pnn(x)p(x)npLp﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○P+++++++●+●+●NEER○○○●●●+－xmECEVEFqVDq(VD–VR)EFpEFn45反向電場對N區少數載流子空穴的漂移作用，使帶正電荷的空穴被反向電場抽取，形成由N區到P區的反向空穴電流?？偡聪螂娏魇欠聪蚩昭娏髋c反向電子電流之和。電子與空穴的運動方向相反，形成的電流方向一致。Lnxn-xpxop(x)n(x)pnn(x)p(x)npLp﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣○﹣○﹣○P+++++++●+●+●NEER○○○●●●+－xmECEVEFqVDq(VD–VR)EFpEFn463準費米能級和載流子濃度

PN結外加電壓，勢壘區總電場變化，平衡被打破，能帶彎曲變化，費米能級變化。xmECEVq(VD–VR)EFpEFnEFp'EFn'PN結反偏ECEVq(VD–VA)xmEFpEFnEFp'EFn'PN結正偏電子：EFn’：電子準費米能級空穴：EFp’：空穴準費米能級47非平衡條件下載流子濃度：

可推得：xxn-xpPNnppp(NA)pnnn(ND)LnLp0

平衡

正偏反偏484直流電流電壓方程

理想PN結假設：（1）外加電壓完全降落在勢壘區，勢壘區以外沒有電場；（2）在空間電荷區內沒有載流子的產生與復合，通過空間電荷區的電荷密度不變；（3）注入的非平衡少數載流子濃度比多數載流子的濃度小得多，即討論小注入的情況；（4）不考慮表面對PN結的影響。49電流連續性原理：通過PN結任意截面的總電流密度（空穴電流密度和電子電流密度之和）相等。電子空穴參數τnτp載流子壽命DnDp擴散系數LnLp擴散長度nppn平衡濃度np濃度Lp2=Dp

τpLn2=Dn

τn

可推得空穴、電子的一維連續性方程：50空間電荷區p(x)n(x)p(0)n(0)pnnpLnWpLpWnxx00PNn(0)：P區空間電荷區邊界處非平衡注入電子濃度p(0)：N區空間電荷區邊界處非平衡注入空穴濃度Wp：P區寬度Wn：N區寬度邊界條件：二階常微分方程的解：51利用邊界條件和假設，解空穴連續性方程，可推得擴散區空穴濃度分布表達式：如Wn<<Lp：

近似為線性分布：

空間電荷區p(x)n(x)p(0)n(0)pnnpLnWpLpWnxx00PN52擴散區空穴電流密度：

53Wn<<Lp：此時空穴電流密度與位置無關，處處相等，即注入到N區非平衡少子都能擴散到Wn處，復合損失可忽略可計。Wn>>Lp：54同理，可導出通過空間電荷區與P區交界面處的電子電流密度：空間電荷區內沒有載流子的產生與復合，空間電荷區兩端面的電子電流密度相等，空穴電流密度相等；擴散區載流子復合，電子電流與空穴電流相互轉換；任意截面的總電流密度相等。PNjnjpj=jp+jnLpLnWnWp00jp(0)jn(0)55通過PN結的總電流密度：

即理想二極管直流電流電壓方程（二極管定律）乘以面積A得總電流：56PN結正向偏置：

VA>0

且VA>>

KT/qPN結反向偏置：

VA<0

且|VA|>>

KT/qIR與電壓無關達到飽和，稱為反向飽和電流。電流電壓方程：57Wp>>Ln，Wn>>Lp：Ln>>Wp，Lp>>Wn：58P+N單邊突變結，NA>>ND，則有：

N+P單邊突變結，ND

>>NA，可同樣分析。

59PN結的動態電導：（動態電阻的倒數）PN結正偏，VA>0，且，正向電流有：I

g

r(=1/g)二極管低阻導通PN結反偏，VA<0，且動態電導，二極管高阻截止PN結單向導電性60正偏：得：PN結的導通電壓（閾值電壓）VT

規定：有明顯電流(IF

=0.1mA)時，VA

=VT

Si-PN結：VT

≈0.5V，Ge-PN結：VT

≈0.2V

當VA

>VT后，VA

↑，q(VD–VA)

↓

VA

=VD時，勢壘消失，PN結完全導通

Si-PN結：VD

≈0.7V，Ge-PN結：VD

≈0.3V615影響PN結直流特性的其他因素

理想與實際的比較：勢壘區載流子的產生與復合大注入串聯電阻表面效應產生偏差的原因：VI0VBVT理想實際IR62勢壘區的復合與產生電流根據復合中心理論，穩態時載流子的凈復合率為：

式中：

?。篍t=Ei

本征面：n=p63PN結正偏，復合率：

PN結反偏：

產生率：

正向偏壓使載流子注入空間電荷區，復合率增加，空間電荷區內有復合電流

IRG，PN結總正向電流為：

IF=IFD+IRG反向偏壓對載流子的抽取，使少子濃度降低，有載流子產生，勢壘區存在產生電流IG，總反向電流為：

IR=IRD+IG

64以P+N結為例，討論復合電流與產生電流對電流的影響

正偏電流：65反偏電流：

Si-P+N：jG/jRD=100，jG大；

Ge-P+N：jG/jRD=0.1，jRD大；jG∝xm，即當反向偏壓增加，xm擴大，jG上升，反向電流不飽和；典型值算得：Si：jRD=1.5×10－12A/cm-2，jG=1.2×10－9A/cm-2Ge：jRD=2.28×10－6A/cm-2，jG=2×10－7A/cm-266PN結的大注入現象

大注入：注入的非平衡少子濃度接近甚至超過多子濃度

（1）對載流子濃度影響

PN結正偏大注入：p(x)=△p(x)+pn=△p(x)

N區多子濃度上升為：電中性要求：△n(x)=△p(x)且：n(x)p(x)?n(x)?p(x)nnpn—nn,pxWn0E67一般情況下可以寫為：m=1～2，小注入時m=1

由：大注入時，如p(0)=nn，則有：68（2）大注入時正向電流N區多子電子的積累，存在濃度梯度，則有電子的擴散，使勢壘邊電子數減少，電極邊電子數增加，在N區建立指向電極的大注入自建電場E，阻礙電子擴散運動，使電子運動達到動態平衡，保持穩定分布。電場E作用下通過N區的電子與空穴電流密度分別為：

n(x)p(x)?n(x)?p(x)nnpn—nn,pxWn0E69電場對電子產生的漂移電流與電子濃度梯度引起的擴散電流平衡，凈電子電流jn為零，得：

N區的空穴電流密度為：

對Wn<<Lp，N區中少子近似為線性分布，故：

70小注入，p(0)<<nn：

特大注入，p(0)>>nn：比較71串聯電阻的影響PN結串聯電阻RS包括體電阻和歐姆接觸電阻；PN結的體電阻：機械強度要求加工硅片有一定的厚度(200μm-300μm)，PN結擊穿電壓要求雜質濃度低；歐姆接觸電阻：金屬與半導體接觸形成一定的電阻；RS的壓降使VA不能全部降在PN結上；RS使PN結實際偏壓降低為：RS使PN結功耗增加。一般應盡量減小串聯電阻。72表面效應半導體表面對PN結的電流電壓特性的影響很大，特別是對反向電流，幾乎有決定性的影響，表面漏電流可能比反向電流理論值大幾個數量級。一般表面漏電流IRS有以下幾種：表面復合電流表面溝道電流表面漏導電流因此，Si-PN結反向電流：Ge-PN結反向電流：736溫度對PN結電流電壓的影響

PN結工作時，PN結上消耗的功率轉變成熱量，使PN結的溫度升高，溫度升高引起本征載流子濃度增加，本征載流子濃度增加又使PN結電流增加，則PN結功耗增加，從而進一步引起結溫升高。若PN結的散熱性能不良，這種惡性循環可使溫度升高到最高結溫，PN結發生熱擊穿，直至燒毀。

74對PN結反向電流的影響反向產生電流：隨溫度的相對變化率：

反向擴散電流：

本征載流子濃度：隨溫度的相對變化率：

Ge-PN結，T增加10度，IRD增加一倍Si-PN結，T增加6度，IRD增加一倍

75對PN結正向電壓的影響PN結正偏且VA>>KT/q時：在IF固定不變時，PN結電壓VA隨溫度的變化率為:室溫下Si-PN結：Ge-PN結：76第6節PN結小信號交流特性與開關特性以P+N結為例，在直流偏壓V0下迭加交流小信號電壓v(t)，如果交流信號是正弦波，則信號電壓用復數表示為：VI：交流信號電壓的振幅

小信號VI<<V0ω：角頻率，t：時間PN結上的總電壓為：~v(t)V0RLP+N1小信號交流特性77交流時載流子濃度分布注入N區的總空穴濃度為：

對于正弦波信號有：

代入交流時載流子濃度滿足的連續性方程：

整理后分解為直流方程：

交流方程：形式相同78前已求出直流方程的解為：交流方程的解具有同樣形式：決定常數AI和BI的邊界條件：

79交流電流N區內無電場，只有空穴擴散電流，交流分量為：

幅值：80同理可得P區電子擴散電流交流分量為：

總交流電流幅值：

81PN結交流導納與擴散電容P+N結交流導納：

在頻率不太高時略去高次項，展開上式得：實部電導：虛部電納：82實部電導：VIV0I00ΔI0ΔV0Q外加直流電壓V0產生直流電流I0；工作點Q附近電壓變化ΔV0，電流變化ΔI0，電導就是變化的斜率；不同的工作點具有不同的電導——可變電導(可變電阻)。83p(x)p(0)pnLpx0NdQQ在勢壘區附近擴散長度內，注入載流子積累，即電荷積累Q；對P+N結，取N區分析：外加電壓變化dV0，積累電荷變化dQ，有：84交流導納的虛部電納：CD稱為PN結的擴散電容，與正向電流（電導）、載流子壽命成正比。CD反映了PN結擴散區內非平衡少數載流子電荷隨外加電壓的變化。正向電壓增大，擴散區少子電荷量增加，相當于電容充電，正向電壓減小，電荷量減少，相當于電容放電。反偏PN結擴散區無積累載流子電荷，無擴散電容。85PN結交流等效電路由于：交流時PN結可用電導和擴散電容并聯等效；

流過PN結電流為流過電導g

的擴散電流和擴散電容CD的

充放電電流；本征參量：g、CD是解連續

性方程直接得到的參量；實際PN結還存在勢壘電容CT、串聯電阻rS和漏電導gl

等非本征參數。

gCDCTrSglD2.

pn結二極管的開關特性這里VS=0.6~0.7VSi0.2~0.3VGe1.導通過程（以p+n結為例）問題：trise=?（提示：求Q(t)形式）勢壘區邊界t=0，正脈沖電壓1.導通過程（以p+n結為例）Vj-t關系推導初始條件少子壽命足夠短，穩態得以建立近似時間增加勢壘區邊界2關斷過程（以p+n結為例）t=t0>00<t<ts（常數）抽取電流問題：ts=？t=t0，負脈沖電壓下降時間存儲時間反向恢復時間>>正向導通時間2關斷過程（以p+n結為例）初始條件當t=ts時提高pn結開關速度途徑1、I1I2

ts2、摻Au，ptsQ-t關系推導91PN結的開關作用輸入加正電壓V1，D處于正向導通狀態，正向電阻與負載電阻RL相比可忽略不計，D近似作短路，相當于開關“閉合”，V1直接加在RL上，電燈亮，又稱“開態”。?DRLV1-V2輸入加負電壓-V2，D處于反向載止狀態，反向電阻比負載電阻RL大得多，D近似作開路，相當于開關“斷開”，沒有電流流過，燈不亮，又稱“關態”。PN結從加外電壓到穩定狀態的變化特性——瞬態，與時間有關。2開關特性92PN結開關特性基本方程P+N結，注入N區的空穴服從一維連續性方程：上式各項乘以qAdx，并在整個N區積分得：

93N區邊界處，載流子濃度為平衡值不變x=0處t時刻空穴擴散電流t時刻整個N區積累的空穴電荷表示流入N區的空穴電荷量，等于整個N區積累的空穴電荷量加上復合掉的空穴電荷量，與位置（x）無關。

電荷控制方程（電荷守恒原理）94電荷貯存加正電壓V1，流過P+N結的電流為：P+N結在導通過程中：解電荷方程得：t=0時，Qp(0)=0；時，?DRLV1-V2I195Qp(t)I1τp00ttsII1I2IRtt00V1-V2V電荷貯存過程：t=0t=∞t=∞t=0t=tspnpx0Q=I1τp96反向恢復外加電壓從V1跳變到-V2，電流突然反向為：電荷控制方程：由初始條件Qp(0)=I1τp解方程得：?DRLV1-V2I297貯存電荷消失所需時間為ts，則Qp(ts)=0

電荷貯存時間：注入電流I1大，貯存電荷愈多，電荷消失時間長；抽取電流I2大，電荷消失愈快，電荷消失時間短；少子壽命短（τp?。姾上r間短。

ts后，空間電荷區附近的平衡少子被反向電流抽走，反向電流下降到飽和電流值IR，PN結恢復到反向穩定狀態。98第7節PN結擊穿特性VI0VBIR擊穿：反向偏壓增加到VB

（擊穿電壓）時，反向電流迅速增加1基本擊穿機構

隧道擊穿雪崩擊穿熱擊穿（不可逆）電擊穿（可逆）PN結擊穿99熱擊穿二極管工作時消耗功率產生熱量，使溫度升高，熱激發載流子數增加，反向電流增加，又使功耗增加，熱量增加；如無良好散熱，惡性循環下去，最終使二極管燒毀而永久性失效。100隧道擊穿（齊納擊穿）d●ECEVNPxm二極管反向電壓大，能帶彎曲大，勢壘高度大，P區與N區禁帶的水平距離d小；

P區價帶電子的能量超過N區導帶電子的能量；

P區價帶電子穿過水平禁帶（隧道）達到N區導帶，成為自由載流子導電，反向電流迅速增加；由電子穿過隧道的幾率決定，雜質濃度高，勢壘高度qVD大，勢壘寬度xm小，d小，易發生隧道擊穿。101雪崩擊穿●NPxm●○E●○●○二極管反向電壓大，勢壘區電場E大，載流子通過勢壘區加速運動獲得足夠的動能，運動中與晶格原子碰撞，使原子外層價電子碰撞電離，產生新的電子—空穴對；新產生的載流子在強電場中獲得足夠的動能與晶格原子碰撞，產生第二代電子—空穴對，連續碰撞使載流子數倍增（雪崩倍增），反向電流迅速增加；由碰撞電離決定，雜質濃度低，勢壘寬度xm大，反向電場大，易發生雪崩擊穿。102雪崩擊穿與隧道擊穿的區別雪崩擊穿與隧道擊穿都在強電場作用下發生且可逆

1032雪崩擊穿電壓

雪崩擊穿條件一個載流子通過勢壘區碰撞電離所產生的電子空穴對數為：

實驗分析表明：一般g=7

Si-PN結：

Ge-PN結：

電場與位置有關，則電