PN結(jié)及其特性詳細介紹

1、PN結(jié)及其特性詳細介紹結(jié)的形成在一塊本征半導體在兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì), 分別形成 N 型半導體和P 型半導體。此時將在N 型半導體和P 型半導體的結(jié)合面上形成如下物理過程:擴散到對方的載流子在P 區(qū)和 N 區(qū)的交界處附近被相互中和掉，使P 區(qū)一側(cè)因失去空穴而留下不能移動的負離子，N 區(qū)一側(cè)因失去電子而留下不能移動的正離子。這樣在兩種半導體交界處逐漸形成由正、負離子組成的空間電荷區(qū)（耗盡層）。由于 P 區(qū)一側(cè)帶負電， N 區(qū)一側(cè)帶正電，所以出現(xiàn)了方向由N 區(qū)指向 P 區(qū)的內(nèi)電場PN結(jié)的形成當擴散和漂移運動達到平衡后，空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)電場電位就相對穩(wěn)定下來。此時，有多少個多子擴散到對方，就有

2、多少個少子從對方飄移過來，二者產(chǎn)生的電流大小相等，方向相反。因此，在相對平衡時，流過PN結(jié)的電流為0。對于 P 型半導體和 N 型半導體結(jié)合面，離子薄層形成的 空間電荷區(qū) 稱為 PN結(jié) 。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。由于 耗盡層 的存在， PN結(jié)的電阻很大。PN結(jié)的形成過程中的兩種運動：多數(shù)載流子擴散少數(shù)載流子飄移PN結(jié)的形成過程（動畫）結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)具有單向?qū)щ娦裕敉饧与妷菏闺娏鲝腜 區(qū)流到 N區(qū)， PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。如果外加電壓使PN結(jié)中：P 區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓 ，簡稱 正偏；P 區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向

3、電壓 ，簡稱 反偏。(1)PN 結(jié)加正向電壓時的導電情況PN結(jié)加正向電壓時的導電情況如圖所示。外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是 , 內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。PN結(jié)加正向電壓時的導電情況(2)PN 結(jié)加反向電壓時的導電情況外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。在一定的溫度條件

4、下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為 反向飽和電流 。PN結(jié)加反向電壓時的導電情況（動畫）（ 3）PN結(jié)的伏安特性PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流； PN 結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論： PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)方程根據(jù)理論分析，PN結(jié)兩端的電壓V 與流過 PN結(jié)的電流I 之間的關系為：其中： I S 為 PN結(jié)的反向飽和電流；VT 稱為溫度電壓當量，在溫度為300K(27°C)時， VT 約為 26mV；所以上式常寫為：PN結(jié)正偏時，如果V&g

5、t;VT 幾倍以上，上式可改寫為：即 I 隨 V 按指數(shù)規(guī)律變化。PN結(jié)反偏時，如果V>VT 幾倍以上，上式可改寫為：其中負號表示為反向。結(jié)的擊穿特性如圖所示，當加在PN結(jié)上的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然急劇增大，PN結(jié)產(chǎn)生電擊穿這就是PN結(jié)的擊穿特性。發(fā)生擊穿時的反偏電壓稱為PN結(jié)的反向擊穿電壓VBR。PN結(jié)的電擊穿 是可逆擊穿，及時把偏壓調(diào)低，PN結(jié)即恢復原來特性。電擊穿特點可加以利用（如穩(wěn)壓管）。熱擊穿就是燒毀，是不可逆擊穿。使用時盡量避免。PN結(jié)被擊穿后，生熱擊穿 。這時PN結(jié)上的壓降高，電流大，功率大。當 PN結(jié)上的功耗使 PN結(jié)發(fā)熱，并超過它的耗散功率時，PN結(jié)的電

6、流和溫度之間出現(xiàn)惡性循環(huán)，最終將導致 PN結(jié)燒毀。PN結(jié)將發(fā)結(jié)的電容效應PN結(jié)除了具有單向?qū)щ娦酝?，還有一定的電容效應。按產(chǎn)生電容的原因可分為：(1) 勢壘電容 CB勢壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時，離子薄層的厚度也相應地隨之改變，這相當PN結(jié)中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖如下圖。(2) 擴散電容CD擴散電容是由多子擴散后，在 PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因 PN結(jié)正偏時，由 N 區(qū)擴散到 P 區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積在 P 區(qū)內(nèi)緊靠 PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。反之，由 P 區(qū)擴散到 N 區(qū)的空穴，在 N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴散電容的示意圖如圖所示。當外加正向電壓不同時，擴散電流即外