IntroductiontoMicroelectronicsThirdEdition《微電子概論》（第3版）郝躍賈新章史江一目錄1.理想pn結伏安特性2.3.3pn結直流伏安特性2.理想pn結伏安特性的進一步解讀2.實際pn結伏安特性與理想特性的偏離2.理想伏安特性的進一步解讀正偏情況：室溫下，kT/e=26mV。若外加電壓Va大于0.1V，得(1)單向導電性特點進一步分析結論：正偏情況（Va

>0.1V)，流過pn結的電流隨Va

的增加而指數增加。2.理想伏安特性的進一步解讀反偏情況：Va<0若外加電壓Va絕對值大于0.1V，(1)單向導電性特點進一步分析結論：反偏情況(│Va│>0.1V)，流過pn結的電流不隨Va變化，呈現“飽和”。IS又稱為反向飽和電流（Reversesaturationcurrent）。得：2.理想伏安特性的進一步解讀(1)單向導電性特點進一步分析采用不同的坐標系描述直流I-V關系可以從不同角度表征直流I-V關系的特點。(a)歸一化坐標縱坐標為y=I/IS橫坐標為x=(eVa/kT)I-V特性表現為明顯的單向導電性。則y=exp(x)-12.理想伏安特性的進一步解讀(1)單向導電性特點進一步分析(b)半對數坐標：縱坐標為橫坐標為正偏情況：若Va>0.1V，兩邊取對數得lnI=lnIs+(e/kT)Va在半對數坐標中為斜直線，斜率為(e/kT)斜直線反向延長線與縱坐標交點為lnIs

2.理想伏安特性的進一步解讀(1)單向導電性特點進一步分析(b)半對數坐標：顯然正偏情況pn結I

隨Va的增加一直增加。思考題：pn結二極管存在電子線路中經常提到的所謂“正向導通電壓”或者“閾值電壓”嗎?2.理想伏安特性的進一步解讀(1)單向導電性特點進一步分析(b)半對數坐標：兩邊取絕對值后再取對數得ln│I│=lnIs在半對數坐標中為水平線水平線反向延長線與縱坐標交點為lnIs

反偏情況：若│Va│>0.1V，說明：半對數坐標描述的I-V特性曲線在分析pn結非理想因素的影響時起很大作用。2.理想伏安特性的進一步解讀(1)單向導電性特點進一步分析(c)線性坐標以Is=10-14A的pn結為例，得正偏I-V特性。線性坐標系中似乎明顯表現出正向特性存在“正向導通電壓”。思考題：如何解讀pn結正向特性存在的“正向導通電壓”？2.理想伏安特性的進一步解讀(1)單向導電性特點進一步分析從pn結工作原理角度考慮，正偏情況下pn結電流一直隨著Va增加而急劇增加，并不存在“導通電壓”問題。從線路應用考慮，對硅pn結，當Va達到0.7V左右，正向電流才能達到微安、毫安量級，呈現電路工作含義下的“導通”。將其稱為“導通電壓”也是可以理解的。2.理想伏安特性的進一步解讀(2)I-V特性與溫度的關系(a)反偏情況：反向飽和電流為而結論：反向飽和電流IS隨溫度T的升高而急劇增加。例如，對Si-pn結，溫度增加10℃，反向電流約擴大4倍。2.理想伏安特性的進一步解讀(2)I-V特性與溫度的關系(b)正偏情況：由正向電流表達式得由于eVa<Eg，因此溫度增加，正向電流也急劇增大。2.理想伏安特性的進一步解讀(2)I-V特性與溫度的關系(b)正偏情況：若保持正向電流不變，則隨著溫度的升高，需要的正向電壓減小。結論：pn結的正向壓降具有負溫度系數。對Si-pn結，溫度增加10℃，正向壓降減小15~20mV。

這一特性在設計低溫度系數基準源中起重要作用。2.理想伏安特性的進一步解讀(3)電流分量與摻雜濃度的關系(a)正偏情況：正偏電流由下述兩個電流分量組成是p區向n區注入的空穴電流是n區向p區注入的電子電流若Nd>>Na，則np0>>pn0，得Jn(-xp)>>Jp(xn)。結論：正向電流主要是從重摻雜一側向輕摻雜一側注入的電流。這一結論是提高晶體管電流放大系數的物理原理之一2.理想伏安特性的進一步解讀(