2.7 PN 结的开关特性,PN 结具有单向导电性，可当作开关使用。,理想开关的特性 直流特性：“开” 态时电压为 0，“关” 态时电流为 0 。 瞬态特性：打开的瞬间应立即出现稳态电流，关断的瞬间电流应立即消失。,本节将讨论实际 PN 结的开关特性。,正向时，,理想情况，,实际情况，,这时 If 只取决于外电路。,可见，rs 越小，E1 越大，则越接近于理想情况。,2.7.1 PN 结的直流开关特性,反向时，,理想情况，,实际情况，,当 gl 很小时， 另外，为增大 If 与 Ir 之间的差别，也应采用较大的 E1 。,2.7.2 PN 结的瞬态开关特性,ts 称为存储时间，tf 称为下降时间，tr = ts + tf 称为反向恢复时间。tr 持续的过程称为 反向恢复过程。,当 E = - E2 的持续时间小于 tr 时，则 PN 结在反向时也处于导通状态，起不到开关的作用。,t,t,E,E1,-E2,I,ts,tf,I0,0,2.7.3 反向恢复过程,引起反向恢复过程的原因，是 PN 结在正向导通期间存储在中性区中的非平衡少子电荷 Q 。,P区,N区,P区,N区,N 区,以 P+N 结为例，正向稳态时，,式（2-163）将作为求解电荷方程的初始条件。式（2-164）就是空穴连续性方程的积分形式在稳态时的简化形式。,由此可得正向稳态时 Q 与 If 之间有如下关系：,（2-163）,（2-164）,或,当电压由 E1 突然变为 (-E2 ) 时，正是这个存储在 N 区中的非平衡少子电荷 Q 为反向电流提供了电荷来源。,在 tr 期间，设 PN 结上的电压为 V(t) ，则 , N 区中非平衡少子的变化情形如下图所示。,曲线 1 表示在 E 由 E1 变为 (-E2 ) 的一瞬间，此时，,曲线 1 4 为存储过程，即 ts 期间，,这期间 Ir 变化不大。,E1,-E2,I,0,ts,曲线 4 6 为下降过程，即 tf 期间，,-E2,I,0,tf,I0,2.7.4 反向恢复时间 tr 的计算,仍以 P+N 结为例。由第一章例 1-6 ，得到空穴连续性方程的积分形式， 即空穴的电荷控制方程，,为与本节的符号相一致，将 Ip 写作 Ir ， 将 Qp 写作 Q ，得：,或,上式是一个关于 N 区中非平衡少子电荷 Q 的微分方程。可以明显看出，存储电荷的消失有两个途径：反向电流 Ir 的抽取和空穴的复合。,当 t = tr 时，Q(tr) = 0，所以令上式为 0，即可解出 tr ，,式中， 均取决于外电路。,为使求解方便，假设在整个 tr 期间，Ir 保持 (E2/RL ) 不变， 则此微分方程的解为,初始条件为，当 t = 0 时， Q (0) = p If 。,(2) 从器件本身，应降低少子寿命 p ，这样一方面可减少正向时的存储电荷 Q = p If ，同时可加快反向时电荷的复合。 通常可以采用掺金、掺铂、中子辐照或电子辐照等方法来引入复合中心，从而使 p 减小。,减小反向恢复时间 tr 的方法,(1) 从电路上，应采用尽量小的 If (使存贮电荷 Q = p If 小) 和尽量大的 Ir ( 可加快对 Q 的抽取 ) 。,(3) 减薄轻掺杂一侧中性区的厚度。这可以使存储在该区的少子电荷减少。,厚基区,薄基区,WB,0,pn(0),x,pn0,