1、题目：PN结的瞬态分析及保护论文撰写背景论文撰写背景写清楚为什么要写作这篇论文写清楚为什么要写作这篇论文 学习学习PNPN结之后对于其在特殊工作环境下结之后对于其在特殊工作环境下的工作状态和损坏产生了兴趣，想对所以通的工作状态和损坏产生了兴趣，想对所以通过资料的查询和综合来分析上述问题。过资料的查询和综合来分析上述问题。论文摘要论文摘要论文摘要：论文摘要：自半导体出现以来，由半导体承载的工作越来自半导体出现以来，由半导体承载的工作越来越多，也越来越重要。但由于它具有单向导电性，越多，也越来越重要。但由于它具有单向导电性，时常会有快速选择电流的情况即正反偏置快速交换时常会有快速选择电流的情况即正
2、反偏置快速交换的情况。本文针对简单电路中二极管的正反快速偏的情况。本文针对简单电路中二极管的正反快速偏置过程中进行极短时间的瞬态分析，并判断是否会置过程中进行极短时间的瞬态分析，并判断是否会对二极管性能产生影响且寻求解决办法。对二极管性能产生影响且寻求解决办法。引言：引言：PNPN结二极管的单向导电性决定了它有着选择结二极管的单向导电性决定了它有着选择电流的功能，因此时常会遇到出现正向和反电流的功能，因此时常会遇到出现正向和反向偏置快速交换的情况，现就下图电路分析向偏置快速交换的情况，现就下图电路分析二极管在快速变换瞬间的的特性。二极管在快速变换瞬间的的特性。符号说明：符号说明：空穴扩散系数
3、：空穴载流子寿命 ：反向电流 ：热平衡时的 ：正向电流 ：厚度 ：n型半导体空穴浓度pDRIpnopnpWFInp分析过程：分析过程：如果是渐变的电流可以不考虑其中的损害，但是如果是如上图瞬变的情况就需要进行分析了。对于普通的开关来说由于金属导体的正反向偏置的过渡近乎突变，过渡时间极短，但是对于PN结而言由于半导体的导电性质，所以从正向到反向偏置的响应时间受限于少数载流子的储存效应。就上图而言：PN结流过正向电流 ，在t=0时期，开关S突然扳到右侧，有一个初始反向电流 =（VR-VF）/R流过，瞬变时间定义为电流降低到初始反相电流 的10%时所经历的时间，如下图所示，等于t1和t2之和，t1和
4、t2分别为恒流阶段和衰减阶段所经历的时间。FIRIRI分析过程：分析过程：首先分析恒流阶段（也称为储存阶段），对于首先分析恒流阶段（也称为储存阶段），对于PNPN结结n n型一侧（型一侧（），由过剩载流子随时间和距），由过剩载流子随时间和距离衰减的连续性方程可得：离衰减的连续性方程可得：边界条件为：边界条件为：t=0t=0时，空穴的初始分布是扩散方程的时，空穴的初始分布是扩散方程的稳态解。则，加在结两端的正偏电压为：稳态解。则，加在结两端的正偏电压为：00npnp）（1),(),(),(22pnonnpnptxpxtxpDttxp）（2),0(ln)(nonjptpqkTtV分析过程：分析过程
5、：少数载流子浓度 随时间的分布示于下图：np分析过程：分析过程：则由上式可以算出，只要 （0，t）大于 （在时间间隔0tt1内），结电压Vj保持在kT/q的量级，如下图：npnop分析过程：分析过程：在此时间间隔内，反向电流近似恒定，形成恒定电流阶段。与时间相关的连续性方程的解给出时间t1，由如下超越方程所示：）（3)/(111FRpIIterf）（42)(02xdexerf分析过程：分析过程：然而，用电荷控制模型可以得到简单明确的然而，用电荷控制模型可以得到简单明确的t1t1表达表达式，而且可更深入的看到变化的本质。则轻掺杂一式，而且可更深入的看到变化的本质。则轻掺杂一侧的少数载流子电荷由一
6、个积分表达为：侧的少数载流子电荷由一个积分表达为：所以当电流反转之后，对此方程积分得：所以当电流反转之后，对此方程积分得：）（5dxpqAQns）（6pssRQdtdQI分析过程：分析过程：则由正向电流 ，给出初始条件，得到的解为：令 ，得到t1为：则，对比看来，在 时，这种近似下得到的值为原先值的2倍，在 时，为20倍。pFsIQ)0(）（7)()()(ptRFRpseIIItQ0sQ）（8)1ln(1RFpIIt1.0/RFII10/RFII分析过程：分析过程：t1时刻后，空穴浓度开始减少到平衡态值以下，结电压趋于VR，新的边界条件成立，这个阶段是初始边界条件为 的衰减阶段。t2的解由另外
7、一个超越方程给出：noptp),0(）（9)(1.012)(22RFptpIIteterfp分析过程：分析过程：由此，解出由此，解出t2t2的结果后，将的结果后，将t1,t2t1,t2的结果整合的结果整合为下图：为下图：总结总结在 比值较大的情况下，瞬变时间近似为：对于WLp的情形，为：RFII/）（10)(2221RFpIItt）（11)(22221RFpIIDWtt总结总结 比如：如果使结（WLp）从正向10mA变为反向10mA（），恒流阶段的时间为0.3 ，衰减阶段的时间约为0.6 ，所以总的时间为0.9 。所以，为了保护器材以及保持较高的性能，需要使这两种时间尽量减短，可以在禁带内引入
8、深能级杂质，比如在硅中掺入金。1/RFIIppp扩展扩展在此对于上诉问题的器件保护方面拓展，除在此对于上诉问题的器件保护方面拓展，除了进行特殊部位的特殊杂质的掺入以延长寿了进行特殊部位的特殊杂质的掺入以延长寿命和保护性能外，还可以使用瞬态抑制二极命和保护性能外，还可以使用瞬态抑制二极管（管（TVSTVS）在特殊的电路位置以应对快速的正）在特殊的电路位置以应对快速的正反偏置的变化。反偏置的变化。结论结论在特殊的工作环境下，在特殊的工作环境下，PNPN结有可能面临快速结有可能面临快速的正反偏置的转换的情况。而这样的转换不的正反偏置的转换的情况。而这样的转换不仅影响在转换瞬间仅影响在转换瞬间PNPN
9、结的工作效率，使得某结的工作效率，使得某些精密仪器可能出现错误，还影响着些精密仪器可能出现错误，还影响着PNPN结的结的使用寿命。所以在实际运用中需要考虑如何使用寿命。所以在实际运用中需要考虑如何减短正反偏置所需要的稳定时间。减短正反偏置所需要的稳定时间。参考文献参考文献11美美S.M.SZE S.M.SZE 美美KWOK K.NG.KWOK K.NG.半导体半导体器件物理（第三版）器件物理（第三版）M.M.西安：西安交通大西安：西安交通大学出版社学出版社.2008(1).2008(1)2R.H.Kingston,”Switching Time in 2R.H.Kingston,”Switch
10、ing Time in Junction Diodes and Junction Junction Diodes and Junction Transistors,”Proc.IRE,42,829(1954).Transistors,”Proc.IRE,42,829(1954).体会体会从最开始的发现感兴趣的地方，之后提出某从最开始的发现感兴趣的地方，之后提出某方面问题，再查阅资料，之后整合资料，再方面问题，再查阅资料，之后整合资料，再通过软件实际运算，最后才写下这篇小论文通过软件实际运算，最后才写下这篇小论文。过程还是挺累的，不过确实让我在模电。过程还是挺累的，不过确实让我在模电PNPN结和二极管方面有了更加全面的认识，也对结和二极管方面有了更加全面的认识，也对思维的严谨和思考的全面度上面有所提高，思维的严谨和思考的全面度上面有所提高，交于老师评阅后也认识到了不足的地方，也交于老师评阅后也认识到了不足的地方，也为之后学习上可能出现的认知方面的问题的为之后学习上可能出现的认知方面的问题的解决积攒了些许经验。解决积攒了些许经验。结语结语 该制作的PPT已经上传到课程中心网站论坛，欢迎大家浏览和提出意见谢谢！
