微電子概論（第3版）課件2-3-5pn結隧道擊穿與熱電擊穿_第1頁
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《微電子概論（第3版）IntroductiontoMicroelectronics郝躍賈新章史江一》SecondEdition目錄1.

pn結擊穿特性2.3.5pn結擊穿2.雪崩擊穿3.隧道擊穿4.雪崩擊穿與隧道擊穿的比較5.熱電擊穿3.隧道擊穿即使粒子能量E小于勢壘高度V0，但是粒子仍然有一定概率穿過勢壘，稱為隧穿。復習：量子力學中的隧穿概念若勢壘深度a較厚，則隧穿概率幾乎為0，相當于不發生隧穿。隧穿概率為：隨著勢壘深度a的減小，隧穿概率將指數增加。3.隧道擊穿(1)pn結隧道擊穿機理反偏情況下，p區中價帶頂電子的能量可能高于n區導帶底的電子能量但中間隔有禁帶，按照經典物理結論，p區價帶電子不能直接到達n區導帶成為自由電子，參與導電。反偏情況下，p區中只是導帶的少子電子被掃向p區導帶，構成反向電流。3.隧道擊穿(1)pn結隧道擊穿機理根據量子力學隧穿機理，p區價帶電子具有一定概率能夠隧穿過禁帶到達n區導帶，成為自由電子，構成電流，使反向電流增大。若隧穿效應很強，反向電流將急劇增大，從端特性上表現為擊穿，稱為隧道擊穿。隧道擊穿又稱為齊納擊穿。3.隧道擊穿(2)影響隧道擊穿電壓的因素根據量子力學原理，隧穿概率∝exp(-L)記隧道深度為L隧道深度L越小，隧穿概率將指數增大因此隧道深度L是否足夠小是能否發生隧道3.隧道擊穿(2)影響隧道擊穿電壓的因素結論：只有摻雜濃度很高的pn結（摻雜濃度在1020/cm3

以上）才可能發生隧道擊穿。相應擊穿電壓很低，只有幾伏。若摻雜濃度較低，勢壘寬度較寬，L較大，隧穿概率幾乎為0，不可能發生隧穿。由能帶圖：為了使隧穿效應明顯得：→要求勢壘寬度W↓→要求摻雜濃度↑→要求隧道深度L↓3.隧道擊穿(3)隧道擊穿電壓的溫度系數若外加電壓已達到隧道擊穿電壓，說明勢壘深度L已足夠小由固體物理結論，溫度T↑將導致Eg↓則反偏電壓絕對值可以降低，仍然保證L足夠小，表現為擊穿電壓降低。結論：隧道擊穿電壓具有負的溫度系數。4.雪崩擊穿與隧道擊穿的比較(1)擊穿電壓數值范圍不同若擊穿電壓BV<4Eg/e，則為隧道擊穿。若擊穿電壓BV>6Eg/e，則為雪崩擊穿。若擊穿電壓介于兩者之間，表示兩種擊穿機理同時存在。

對Si，BV<5V為隧道擊穿。對Si，BV>8V為雪崩擊穿4.雪崩擊穿與隧道擊穿的比較(2)擊穿電壓溫度系數不同雪崩擊穿電壓的溫度系數為正。隧道擊穿電壓的溫度系數為負。利用這一特點，可以制造出溫度系數極小的穩壓二極管。5.熱電擊穿(1)熱電擊穿現象功率器件中pn結反向功率損耗較大，發熱會導致pn結溫度升高。溫升又引起載流子本征載流子濃度指數增加，促使反向電流增大。反向電流增大導致功耗的增加又會使結溫繼續上升。如果器件散熱不良，這種連鎖反應會形成電流的急劇增加，導致pn結損壞。這種反向電流急劇增加表現出的擊穿稱為熱電擊穿。5.熱電擊穿(2)防止熱電擊穿的主要措施

①改進工藝，防止pn結內部出現晶

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