短二極體

短二極體是指電中性p區域n區中至少有一個區的長度小於少子擴散長度的pn結二極體。

基本介紹

• 中文名：短二極體
• 外文名：Short diode

原理

當p型半導體區與n型半導體區相接觸時，會形成一個pn結。此時，由於兩邊的載流子濃度不同，n區的多子電子向p區擴散，而p區的多子空穴向n區擴散。隨著電子由n區向p區擴散，帶正電的施主離子被留在n區。同樣，隨著空穴由p區向n區擴散，p區由於存在帶負電的受主離子而帶負電。n區與p區的淨正電荷和負電荷在冶金結附近感生出了一個內建電勢，方向由正電荷區指向負電荷區，也就是由n區指向p區。可以這樣認為，由於濃度梯度的存在，多數載流子便受到了一個“擴散力”。而上述內建電勢產生的電場作用在電子與空穴上，便會阻礙少子（n區中的空穴/p區中的電子）的擴散，使其擴散長度是有限的，我們把電中性的p區和n區的至少有一個長度小於少子的擴散長度的二極體稱為短二極體。

推導過程

在短二極體中，由於電中性區要遠遠小於擴散長度，舉一個例子來說，如圖1所示，W_n的長度遠小於少子空穴的擴散長度L_p。

短二極體結構圖

n區內穩態過剩少子空穴的濃度即：

即： ，

x=x_n處的原始邊界條件仍然適用，即 ，

在許多情況下，假設x=（x_n+W_n）處有一個歐姆接觸，這就意味著x=（x_n+W_n）處具有無限大的表面複合速度，即該處的過剩少子濃度為零。因此，另外一個邊界條件為：

在這種情況之下，由於n區的長度為限值，利用上述兩個邊界條件，得出過剩少子濃度的表達式為：

上式為在正偏情況下n區內過剩少子空穴濃度的通解。假如 ，則上式變為

此時，少子濃度變成了距離的線性函式。

少子空穴擴散電流密度表達式為：

那么在短n區內有：

由此，少子空穴擴散電流密度的表達式的分母為W_n，而非L_p。由於，則說明短二極體的擴散電流密度要遠大於長二極體的擴散電流密度。