微电子器件原理-第2章-二极管

第二章二极管•2.1集成电路二极管•2.2发光二极管•2.3肖特基二极管•2.4PIN二极管•2.5变容二极管•2.6IMPATT二极管•2.7隧道二极管2.1集成电路二极管最简单的pn结二极管集成电路中隔离的结型二极管的平面工艺流程电流集边现象在p形衬底上扩散形成重掺杂的埋层2.2发光二极管•材料：直接带隙半导体,如砷化嫁•机理：当电子从导带跃迁填充价带中的空位时,电子和空穴直接复合,动量不发生变化。适当地设计半导体结构,这一跃迁所释放的能量通常以光子的形式发射出去。•波长：与禁带宽度有关。2.3肖特基二极管•由于高的结电容，经典的PN结二极管不太适合于高频应用。肖特基二极管具有低的结电容量，因此可在更高频率下工作。•应用：射频检波器、混频器、衰减器、振荡器和放大器。•与常规PN二极管具有不同的反向饱和电流机制，它取决于穿过势垒的多数载流子的热电子发射。Si基肖特基二极管的剖面图适用于很高频下应用的有附加绝缘环的肖特基二极管2.4PIN二极管•应用：高频开关，电阻范围从小于1~10k的可变电阻器（衰减器），射频工作信号可高达50GHz。•电压是正向时，表现为受所加电流控制的可变电阻器。•电压是反向时，类似于平行板电容器PIN二极管结构PIN二极管中的电荷分布2.5变容二极管•负偏置条件下的PIN二极管•特定掺杂分布•特定中间层宽度•应用：微波电路的频率调谐；用于产生短脉冲2.6IMPATT二极管•IMPATT：IMPactAvalancheandTransitTime（雪崩渡越时间）•原理：类似于PIN二极管，在N+和P层之间的界面上的高场强通过碰撞电离造成载流子的雪崩•与PIN二极管的区别：它有高的电场•应用：振荡IMPATT二极管的特性IMPATT二极管的外加电压、电离电流和总电流•当外加RF电压VA建立的电场超过临界阈值电平时，所产生的附加电离电流Iion•过剩的载流子必须行进穿过本征层到达P+层•电离电流和外加之间的相移被裁剪使之达到90ºC•选择合适的本征层长度及适当的掺杂浓度，能产生90ºC的附加时延。2.7隧道二极管•它有极高掺杂极窄的空间电荷区。结果造成电子和空穴超过导带和价带中的有效态密度。费米能级转移到N+层的导带和P+层的价带上去。•存在有限的概率使电子穿过窄隙进行交换隧道二极管及其能带模型隧道二极管的I-V曲线•在高正向电压偏置下隧道二极管的电流近似于PN结二极管的电流隧道二极管的电流电压特性及与能带结构比较1隧道二极管的电流电压特性及与能带结构比较2隧道二极管的电流电压特性及与能带结构比较3隧道二极管的电流电压特性及与能带结构比较4