PN結(jié)及其特性詳細(xì)介紹

1、PN結(jié)及其特性詳細(xì)介紹1. PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì)，分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過(guò)程：鞭差日，多子浦頃成留巾有X十L艇多子擴(kuò)散擴(kuò)散到對(duì)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(dòng)的負(fù)離子，N區(qū)一側(cè)因失去電子而留下不能移動(dòng)的正離子。這樣在兩種半導(dǎo)體交界處逐漸形成由正、 負(fù)離子組成的空間電荷區(qū)（耗盡層）。由于P區(qū)一側(cè)帶負(fù)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(chǎng)® © © © © © G 

2、9;" ©* ©*PN結(jié)的形成當(dāng)擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡后，空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)電場(chǎng)電位就相對(duì)穩(wěn)定下來(lái)。此時(shí)，有多少個(gè)多子擴(kuò)散到對(duì)方，就有多少個(gè)少子從對(duì)方飄移過(guò)來(lái)，二者產(chǎn)生的電流大小相等，方向相反。因此，在相對(duì)平衡時(shí)，流過(guò)PN結(jié)的電流為0。空穴I空間電荷區(qū) 耗盡層 I 電子00&G）© 0 0 0 © ® © © © © © ® 1 ©' <2）（S） © © © ©°|內(nèi)電場(chǎng)對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型

3、半導(dǎo)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(guò)程中的兩種運(yùn)動(dòng)：多數(shù)載流子擴(kuò)散少數(shù)載 流子飄移PN結(jié)的形成過(guò)程(動(dòng)畫)2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流?P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P區(qū)的電位高于PN結(jié)中：N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡(jiǎn)稱正偏；簡(jiǎn)稱反偏。P區(qū)的電位低于 (1) PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)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

4、與PN結(jié)內(nèi)電 場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。于是 ，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散 運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)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。N結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)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(chǎng)方向相同， 加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。在一定的溫度條件下，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(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱為 反向飽和電流。P

5、N結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況(動(dòng)畫)(3) PN結(jié)的伏安特性PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，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娦浴?. PN結(jié)方程根據(jù)理論分析，PN結(jié)兩端的電壓V與流過(guò)PN結(jié)的電流I之間的關(guān)系為:V其中：IS為PN結(jié)的反向飽和電流；VT稱為溫度電壓當(dāng)量，在溫度為 300K（27°C）時(shí)，VT約為26mV ;/ = /$（碎如 一1）所以上式常寫為：PN結(jié)正偏時(shí)，如果 V> VT幾倍以上，上式可改寫為：I M / 好而即I隨V按指數(shù)規(guī)律變化PN結(jié)反偏時(shí)，如果 V > VT幾倍以上

6、，上式可改寫為: 其中負(fù)號(hào)表示為反向 4. PN結(jié)的擊穿特性PN結(jié)產(chǎn)生電擊穿如圖所示，當(dāng)加在 PN結(jié)上的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然急劇增大,PN結(jié)的反向擊穿電壓 VBR。這就是PN結(jié)的擊穿特性。發(fā)生擊穿時(shí)的反偏電壓稱為PN結(jié)的電擊穿是可逆擊穿，及時(shí)把偏壓調(diào)低,PN結(jié)即恢復(fù)原來(lái)特性。電擊穿特點(diǎn)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(shí)盡量避免PN結(jié)被擊穿后，PN結(jié)上的壓降高，電流大，功 率大。當(dāng)PN結(jié)上的功耗使PN結(jié)發(fā)熱，并超過(guò)它的耗 散功率時(shí)，PN結(jié)將發(fā)生熱擊穿。這時(shí)PN結(jié)的電流和 溫度之間出現(xiàn)惡性循環(huán)，最終將導(dǎo)致PN結(jié)燒毀。R £ *.一n5 . PN

7、結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)除了具有單向?qū)щ娦酝?，還有一定的電容效應(yīng)。按產(chǎn)生電容的原因可分為：勢(shì)壘電容CB勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢(shì)壘電容的示意圖如下圖。0 0 9 9 P I w I J I II I I I - &:o:A;G3:3-3*:£G:&G!勢(shì)壘電容示意圖擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)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(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū) 的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過(guò)來(lái)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(kuò)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(kuò)散電容的示意圖如圖所示。