PN結(jié)的形成及特性（課堂PPT）

1、2/24/202212/24/202212/24/20221第 3章 二極管及其基本電路 .13.2 PN3.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性 P P是指的是指的P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體，N N指的是指的是N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體，當(dāng)一塊純凈的半，當(dāng)一塊純凈的半導(dǎo)體一半摻雜為導(dǎo)體一半摻雜為N N型，一半摻雜為型，一半摻雜為P P型，那么在兩個區(qū)域之間就型，那么在兩個區(qū)域之間就形成了一個形成了一個PNPN結(jié)（結(jié)（結(jié)結(jié)是指的是指的N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體的交接的型半導(dǎo)體的交接的介介面面上），首先看一下上），首先看一下PNPN結(jié)是怎么形成的？結(jié)是怎么形成的？ 在同一片半導(dǎo)體基片上，分

2、別制造了在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造了P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)型半導(dǎo)體體. . P P型半導(dǎo)體的多子是什么？型半導(dǎo)體的多子是什么？ 空穴空穴 N N型半導(dǎo)體的多子是什么？型半導(dǎo)體的多子是什么？ 自由電子自由電子. . 如果把他們接到一塊，在他們的介面上就會存在截流子的如果把他們接到一塊，在他們的介面上就會存在截流子的濃度差，如果存在濃度差，就會形成一系列的結(jié)果。濃度差，如果存在濃度差，就會形成一系列的結(jié)果。 2/24/202222/24/202222/24/20222第 3章 二極管及其基本電路 .23.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散N+ + + + + + +

3、+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +以以N型半導(dǎo)體為基片型半導(dǎo)體為基片通過半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝通過半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝2/24/202232/24/202232/24/20223第 3章 二極管及其基本電路 .3使半導(dǎo)體的一邊形成使半導(dǎo)體的一邊形成N型區(qū)，另一邊形成型區(qū)，另一邊形成P型區(qū)。型區(qū)。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

4、+ + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/202242/24/202242/24/20224第 3章 二極管及其基本電路 .4 左邊是左邊是P P型半導(dǎo)體，右邊是型半導(dǎo)體，右邊是N N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。P P型半導(dǎo)體里面還型半導(dǎo)體里面還畫出了它的少子（自由電子）（一個小點），畫出了它的少子（自由電子）（一個小點），N N型半導(dǎo)體里型半導(dǎo)體里面也畫出了它的少子（空穴）（一個小圓圈面也畫出了它的少子（空穴）（一個小圓圈

5、 ）. .P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體少子少子( (自由電子自由電子) )少子少子( (空穴空穴) )N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/202252/24/202252/24/20225第 3章 二極管及其基本電路 .5 N區(qū)有許多自由電子（多數(shù)載流子）和幾個由于熱產(chǎn)生的空穴區(qū)有許多自由電子（多數(shù)載流子）

6、和幾個由于熱產(chǎn)生的空穴（少數(shù)載流子），而（少數(shù)載流子），而P區(qū)有許多空穴（多數(shù)載流子）和幾個由于熱產(chǎn)區(qū)有許多空穴（多數(shù)載流子）和幾個由于熱產(chǎn)生的自由電子（少數(shù)電子）。生的自由電子（少數(shù)電子）。PN結(jié)構(gòu)成了基本的二極管。二極管是只結(jié)構(gòu)成了基本的二極管。二極管是只允許電流往一個方向流動的元件。允許電流往一個方向流動的元件。P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體少子少子( (自由電子自由電子) )少子少子( (空穴空穴) )N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- -

7、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/202262/24/202262/24/20226第 3章 二極管及其基本電路 .6(1) 在濃度差的作用下，電子從在濃度差的作用下，電子從 N區(qū)向區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散。區(qū)擴(kuò)散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

8、 - -2/24/202272/24/202272/24/20227第 3章 二極管及其基本電路 .7(2) 在濃度差的作用下，空穴從在濃度差的作用下，空穴從 P區(qū)向區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散。區(qū)擴(kuò)散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/202282/24/202282/24/20228第 3章 二極管及其基本電路 .8 在濃度差的作用下，

9、兩邊多子互相擴(kuò)散。由于他們的量比在濃度差的作用下，兩邊多子互相擴(kuò)散。由于他們的量比較大，我們稱作多子在進(jìn)行較大，我們稱作多子在進(jìn)行擴(kuò)散運動擴(kuò)散運動. .擴(kuò)散運動擴(kuò)散運動N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/202292/24/202292/24/20229第 3章 二極管及其基本電路 .9擴(kuò)散運動擴(kuò)散運動空間電荷層空間電荷層擴(kuò)散

10、的結(jié)果是使空間電擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。荷區(qū)逐漸加寬。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/2022102/24/2022102/24/202210第 3章 二極管及其基本電路 .10形成內(nèi)電場形成內(nèi)電場內(nèi)電場內(nèi)電場(E)方向方向 一旦擴(kuò)散以后，在它的介面上，就剩下了正離子和負(fù)離子，這時候就存一旦擴(kuò)散以后，在它的介面上

11、，就剩下了正離子和負(fù)離子，這時候就存形成一個電場形成一個電場. .方向是從帶正電的方向是從帶正電的N N區(qū)指向帶負(fù)電的區(qū)指向帶負(fù)電的P P區(qū)。這個電場是在內(nèi)部區(qū)。這個電場是在內(nèi)部形成的，稱為內(nèi)電場形成的，稱為內(nèi)電場E.E.N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/2022112/24/2022112/24/202211第 3章 二極

12、管及其基本電路 .11 漂移運動漂移運動 電場的的方向是從正離子往負(fù)離子走。電場的作用就會促進(jìn)少數(shù)載流子電場的的方向是從正離子往負(fù)離子走。電場的作用就會促進(jìn)少數(shù)載流子的運動，自由電子從低電位往髙電位走，空穴是從髙電位往底電位走，由于的運動，自由電子從低電位往髙電位走，空穴是從髙電位往底電位走，由于少子的運動很弱少子的運動很弱( (數(shù)量很少數(shù)量很少) )，少子的運動叫做，少子的運動叫做漂移運動漂移運動。 內(nèi)電場內(nèi)電場E EN+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - -

13、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/2022122/24/2022122/24/202212第 3章 二極管及其基本電路 .12 內(nèi)電場會促進(jìn)少子的漂移運動，也抑制了多子的擴(kuò)散運動，雖然少子的量內(nèi)電場會促進(jìn)少子的漂移運動，也抑制了多子的擴(kuò)散運動，雖然少子的量很少，隨著漂移的增強(qiáng)，而擴(kuò)散是越來越弱，最終會達(dá)到一種平衡。此時我們很少，隨著漂移的增強(qiáng)，而擴(kuò)散是越來越弱，最終會達(dá)到一種平衡。此時我們在這個空間就相當(dāng)于有這么一個結(jié)，這個結(jié)不是面，是一段寬度，這段寬度就在這個空間就相當(dāng)于有這么一個結(jié)，這個結(jié)不是

14、面，是一段寬度，這段寬度就叫做叫做PNPN結(jié)結(jié)。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -內(nèi)電場內(nèi)電場(E)方向方向3.2.2 PN 3.2.2 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成2/24/2022132/24/2022132/24/202213第 3章 二極管及其基本電路 .13PNPN結(jié)一方面阻礙多子的擴(kuò)散，另一方面加速少子的漂移結(jié)一方面阻礙多子的擴(kuò)

15、散，另一方面加速少子的漂移 漂移運動漂移運動擴(kuò)散運動擴(kuò)散運動N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/2022142/24/2022142/24/202214第 3章 二極管及其基本電路 .14P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體擴(kuò)散運動擴(kuò)散運動擴(kuò)散的結(jié)果是使空擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。間電荷區(qū)逐漸加寬。內(nèi)電場越

16、強(qiáng)，漂移運動越強(qiáng)，內(nèi)電場越強(qiáng)，漂移運動越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。 漂移運動漂移運動內(nèi)電場內(nèi)電場E E 因為在因為在PNPN結(jié)上只剩下了正負(fù)離子結(jié)上只剩下了正負(fù)離子( (正負(fù)電荷正負(fù)電荷) )，也可以稱作，也可以稱作空間電荷空間電荷區(qū)區(qū) .N.N區(qū)中的導(dǎo)電電子為了進(jìn)入?yún)^(qū)中的導(dǎo)電電子為了進(jìn)入P P區(qū)，必須克服正離子的吸引和負(fù)離子的排區(qū)，必須克服正離子的吸引和負(fù)離子的排斥力。在粒子層建立后，斥力。在粒子層建立后，PNPN結(jié)內(nèi)的區(qū)域?qū)嶋H上已經(jīng)耗盡了導(dǎo)電電子和空穴，結(jié)內(nèi)的區(qū)域?qū)嶋H上已經(jīng)耗盡了導(dǎo)電電子和空穴，所以所以PNPN結(jié)也稱

17、作是結(jié)也稱作是耗盡層耗盡層。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/2022152/24/2022152/24/202215第 3章 二極管及其基本電路 .15空間電荷層空間電荷層 在在P區(qū)和區(qū)和N區(qū)交界面上，留下了一層不能移動的正、負(fù)區(qū)交界面上，留下了一層不能移動的正、負(fù)離子。在介面上自由電子和空穴就結(jié)合了。離子。在介面上自由電

18、子和空穴就結(jié)合了。 漂移運動漂移運動內(nèi)電場內(nèi)電場E E擴(kuò)散運動擴(kuò)散運動N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/2022162/24/2022162/24/202216第 3章 二極管及其基本電路 .16形成電位勢壘形成電位勢壘勢壘勢壘V0電位電位V 電場的的方向是從髙電位往底電位走，電場的的方向是從髙電位往底電位走，就是從正離子往

19、就是從正離子往負(fù)離子走負(fù)離子走，于是，于是N N區(qū)一邊的電位高于區(qū)一邊的電位高于P P區(qū)一邊，如圖所示。區(qū)一邊，如圖所示。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/2022172/24/2022172/24/202217第 3章 二極管及其基本電路 .17當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時a. 流過流過PN結(jié)的凈電流為零結(jié)

20、的凈電流為零b. PN結(jié)的厚度一定（約幾個微米）結(jié)的厚度一定（約幾個微米）c. 接觸電位一定（約零點幾伏）接觸電位一定（約零點幾伏）N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2/24/2022182/24/2022182/24/202218第 3章 二極管及其基本電路 .18PN結(jié)形成過程動畫演示結(jié)形成過程動畫演示2/24/2022192/2

21、4/2022192/24/202219第 3章 二極管及其基本電路 .19 擴(kuò)散使擴(kuò)散使PNPN結(jié)變寬，使它的內(nèi)電場變強(qiáng)，而漂移的作結(jié)變寬，使它的內(nèi)電場變強(qiáng)，而漂移的作用又使空間電荷區(qū)變薄，最終用又使空間電荷區(qū)變薄，最終PNPN結(jié)穩(wěn)定在一定的寬度結(jié)穩(wěn)定在一定的寬度. . P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體一結(jié)合，在交界面上形成了型半導(dǎo)體一結(jié)合，在交界面上形成了穩(wěn)定的電層，我們利用穩(wěn)定的電層，我們利用PNPN結(jié)的這個特性結(jié)的這個特性了解它是如何了解它是如何具備單向?qū)щ娦跃邆鋯蜗驅(qū)щ娦?. 還要利用這個特性設(shè)計制造二極管和三極管。還要利用這個特性設(shè)計制造二極管和三極管。 2/24/20222

22、02/24/2022202/24/202220第 3章 二極管及其基本電路 .201.1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。只剩下正負(fù)離子空間電荷區(qū)中沒有載流子。只剩下正負(fù)離子. . 2. 2.空間電荷區(qū)由于存在內(nèi)電場空間電荷區(qū)由于存在內(nèi)電場，內(nèi)電場阻礙內(nèi)電場阻礙P P區(qū)區(qū)中的空穴中的空穴( (多子多子) )運動運動. .由于多子很多我們稱作由于多子很多我們稱作擴(kuò)擴(kuò)散運動散運動。促進(jìn)了少子的漂移運動。促進(jìn)了少子的漂移運動. .， 3. 3.P P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和N N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少都是少），數(shù)），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。量有限，因此由它們形成的電流很小。小結(jié)小結(jié)4.

23、4.隨著內(nèi)電場的增強(qiáng)，擴(kuò)散運動越來越緩慢，此隨著內(nèi)電場的增強(qiáng)，擴(kuò)散運動越來越緩慢，此時它就達(dá)到了動態(tài)平衡時它就達(dá)到了動態(tài)平衡. .2/24/2022212/24/2022212/24/202221第 3章 二極管及其基本電路 .21 一個一個PNPN結(jié)就是一個二極管，在平衡狀態(tài)下，結(jié)就是一個二極管，在平衡狀態(tài)下，PNPN結(jié)中沒結(jié)中沒有電流。有電流。PNPN結(jié)最重要的特性是單向?qū)щ娞匦?。結(jié)最重要的特性是單向?qū)щ娞匦?。實驗：實驗：PNPN結(jié)的導(dǎo)電性結(jié)的導(dǎo)電性。按如下方式進(jìn)行按如下方式進(jìn)行PNPN結(jié)導(dǎo)電性的實驗，結(jié)導(dǎo)電性的實驗，因為因為PNPN結(jié)加上封裝外殼和電極引線就是二極管，所以拿一個結(jié)加上封裝

24、外殼和電極引線就是二極管，所以拿一個二極管來當(dāng)成二極管來當(dāng)成PNPN結(jié)。結(jié)。P P區(qū)為正極；區(qū)為正極；N N區(qū)為負(fù)極。對于圖示的實區(qū)為負(fù)極。對于圖示的實驗電路。驗電路。二極管正向連接二極管正向連接二極管反向連接二極管反向連接3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?/24/2022222/24/2022222/24/202222第 3章 二極管及其基本電路 .22仿真P 此時發(fā)光二極管發(fā)光，說明此時發(fā)光二極管發(fā)光，說明PNPN結(jié)結(jié)導(dǎo)電。導(dǎo)電。 若若P P區(qū)的電位區(qū)的電位高于高于N N區(qū)，電流從區(qū)，電流從P P區(qū)流到區(qū)流到N N區(qū)，區(qū)，PNPN結(jié)呈低結(jié)呈低阻性，所以電流大；阻性，所以電流大；

25、PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置 當(dāng)外加直流電壓使當(dāng)外加直流電壓使PN結(jié)結(jié)P型半導(dǎo)體的一型半導(dǎo)體的一端的電位高于端的電位高于N型半導(dǎo)體一端的電位時（也就是允許電流流型半導(dǎo)體一端的電位時（也就是允許電流流過過PN結(jié)結(jié)的條件），稱的條件），稱PN結(jié)正向偏置，簡稱正偏。結(jié)正向偏置，簡稱正偏。注：注：偏置就是指加在半導(dǎo)體元件上設(shè)置其工作條件的固定直偏置就是指加在半導(dǎo)體元件上設(shè)置其工作條件的固定直流電壓。流電壓。2/24/2022232/24/2022232/24/202223第 3章 二極管及其基本電路 .23PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - -

26、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2/24/2022242/24/2022242/24/202224第 3章 二極管及其基本電路 .24- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

27、 + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E 當(dāng)直流電源將二極管正向偏置后，由于靜電場的作用，當(dāng)直流電源將二極管正向偏置后，由于靜電場的作用，電源的負(fù)端將電源的負(fù)端將N區(qū)中的導(dǎo)電電子推向區(qū)中的導(dǎo)電電子推向PN結(jié)，而電源的正端也結(jié)，而電源的正端也將將P區(qū)中的空穴推向區(qū)中的空穴推向PN結(jié)。結(jié)。正向電流正向電流2/24/2022252/24/2022252/24/202225第 3章 二極管及其基本電路 .25 當(dāng)外加的偏置電壓足以克服勢壘電位時，電子就有足夠當(dāng)外加的偏置電壓足以克服勢壘電位時，電子就有足夠的能量進(jìn)入耗盡層并越過的能量進(jìn)入耗盡層并越過PN結(jié)。與結(jié)。與P區(qū)中空穴復(fù)合。當(dāng)這些區(qū)

28、中空穴復(fù)合。當(dāng)這些電子離開電子離開N區(qū)后，會有更多的電子從電源的負(fù)端流出。區(qū)后，會有更多的電子從電源的負(fù)端流出。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2/24/2022262/24/2022262/24/202226第 3章 二極管及其基本電路 .26 因此，導(dǎo)電電子（多數(shù)載流子）朝著因此，導(dǎo)電電子（多數(shù)載流子）朝著PN結(jié)

29、方向的移動產(chǎn)結(jié)方向的移動產(chǎn)生了生了N區(qū)的電流。這些導(dǎo)電電子進(jìn)入?yún)^(qū)的電流。這些導(dǎo)電電子進(jìn)入P區(qū)后與空穴復(fù)合，變成區(qū)后與空穴復(fù)合，變成價電子。然后，價電子會一個一個空穴地向陽極方向移動。價電子。然后，價電子會一個一個空穴地向陽極方向移動。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2/24/2022272/24/2022272/24

30、/202227第 3章 二極管及其基本電路 .27 價電子的移動實際上產(chǎn)生了空穴反方向的移動。所以價電子的移動實際上產(chǎn)生了空穴反方向的移動。所以P區(qū)區(qū)中電流是由空穴（多數(shù)載流子）朝著中電流是由空穴（多數(shù)載流子）朝著PN結(jié)方向移動產(chǎn)生的。結(jié)方向移動產(chǎn)生的。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2/24/2022282/24/

31、2022282/24/202228第 3章 二極管及其基本電路 .28PN結(jié)正偏動畫演示結(jié)正偏動畫演示外電場削弱內(nèi)電場外電場削弱內(nèi)電場耗盡層變窄耗盡層變窄擴(kuò)散運動漂移運動擴(kuò)散運動漂移運動多子擴(kuò)散形成正向電流多子擴(kuò)散形成正向電流I I F FPN結(jié)內(nèi)的電流由起支配地位的擴(kuò)散電流決定，稱為正向電流。結(jié)內(nèi)的電流由起支配地位的擴(kuò)散電流決定，稱為正向電流。2/24/2022292/24/2022292/24/202229第 3章 二極管及其基本電路 .29 此時發(fā)光二極管不發(fā)光，說明此時發(fā)光二極管不發(fā)光，說明PNPN結(jié)結(jié)不導(dǎo)電。這個實驗不導(dǎo)電。這個實驗說明說明PNPN結(jié)（二極管）具有單向?qū)щ娦浴＝Y(jié)（二極

32、管）具有單向?qū)щ娦浴?若若P P區(qū)的電位區(qū)的電位低于低于N N區(qū)，電流從區(qū)，電流從N N區(qū)流到區(qū)流到P P區(qū)，區(qū)，PNPN結(jié)呈高結(jié)呈高阻性，所以電流小。阻性，所以電流小。PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 當(dāng)外加直流電壓使當(dāng)外加直流電壓使PN結(jié)結(jié)N型半導(dǎo)體的一型半導(dǎo)體的一端的電位高于端的電位高于P型半導(dǎo)體一端的電位時（阻止電流流過型半導(dǎo)體一端的電位時（阻止電流流過PN結(jié)結(jié)的偏置條件），稱的偏置條件），稱PN結(jié)反向偏置，簡稱反偏。結(jié)反向偏置，簡稱反偏。仿真P2PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 2/24/2022302/24/2022302/24/202230第 3章 二極管及其基本電路 .30PN結(jié)變寬結(jié)變寬2P

33、N結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 反向偏置是阻止電流流過反向偏置是阻止電流流過PN結(jié)的偏置條件。結(jié)的偏置條件。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2/24/2022312/24/2022312/24/202231第 3章 二極管及其基本電路 .31 由于異性電荷相互吸引，電源的負(fù)端吸引由于異性電荷相互吸引，電源的負(fù)端吸引P區(qū)中的空

34、穴，區(qū)中的空穴，而電源的正端吸引而電源的正端吸引N區(qū)中的電子，使空穴和電子均遠(yuǎn)離區(qū)中的電子，使空穴和電子均遠(yuǎn)離PN結(jié)。結(jié)。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2/24/2022322/24/2022322/24/202232第 3章 二極管及其基本電路 .32 因此，耗盡層變寬，因此，耗盡層變寬，N區(qū)中的正離子和區(qū)中的正

35、離子和P區(qū)中的負(fù)離子區(qū)中的負(fù)離子增加，直到兩邊的勢壘差等于外加偏置電壓。因此，當(dāng)二極增加，直到兩邊的勢壘差等于外加偏置電壓。因此，當(dāng)二極管反相偏置時，耗盡層相當(dāng)于兩個反相的帶電離子層之間的管反相偏置時，耗盡層相當(dāng)于兩個反相的帶電離子層之間的絕緣體。絕緣體。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2/24/2022332/24

36、/2022332/24/202233第 3章 二極管及其基本電路 .33內(nèi)電場增強(qiáng)內(nèi)電場增強(qiáng)PN結(jié)變寬結(jié)變寬PN結(jié)呈現(xiàn)高阻、結(jié)呈現(xiàn)高阻、截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)不利多子擴(kuò)散不利多子擴(kuò)散有利少子漂移有利少子漂移2PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 外電場加強(qiáng)內(nèi)電場外電場加強(qiáng)內(nèi)電場耗盡層變寬耗盡層變寬漂移運動擴(kuò)散運動漂移運動擴(kuò)散運動少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + +

37、+ + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2/24/2022342/24/2022342/24/202234第 3章 二極管及其基本電路 .34 因少子濃度主要與溫度有關(guān)，此電流稱為反向飽和電流。因少子濃度主要與溫度有關(guān)，此電流稱為反向飽和電流。有時候稱作漏電流。這個漏電流的多少基本上是由本征激發(fā)有時候稱作漏電流。這個漏電流的多少基本上是由本征激發(fā)所決定的所決定的.- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + +

38、+ + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2/24/2022352/24/2022352/24/202235第 3章 二極管及其基本電路 .35PN結(jié)反偏動畫演示結(jié)反偏動畫演示由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦?PN結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電有較大的正向擴(kuò)散電流；流；PN結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電有很小的反向漂移電流。流。由此可以得出結(jié)由此可以得出結(jié)論：論：PN結(jié)具有單向?qū)ЫY(jié)具有單向?qū)щ娦?/p>

39、。電性。演示演示A02204 PN結(jié)加反向電壓時的結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況導(dǎo)電情況2/24/2022372/24/2022372/24/202237第 3章 二極管及其基本電路 .37按電容的定義按電容的定義 dUdQCUQC或 即電壓變化將引起電荷變化, 從而反映出電容效應(yīng)。由由于二極管的兩個極靠的就是于二極管的兩個極靠的就是PNPN結(jié)，所以極間電容也稱作結(jié)，所以極間電容也稱作結(jié)電結(jié)電容容，而結(jié)兩端加上電壓, 結(jié)內(nèi)就有電荷的變化, 說明結(jié)具有電容效應(yīng)。結(jié)極間電容主要極間電容主要具有是兩部分是兩部分兩種電容： 一部分稱作一部分稱作勢壘電容勢壘電容，一個叫做，一個叫做擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容。3.2.5

40、 PNPN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)2/24/2022382/24/2022382/24/202238第 3章 二極管及其基本電路 .381.1.勢壘電容勢壘電容C CB BWSdUdQCB 勢壘電容：勢壘電容：當(dāng)外加電壓發(fā)生改變了，當(dāng)外加電壓發(fā)生改變了，PNPN結(jié)的寬度也要相應(yīng)結(jié)的寬度也要相應(yīng)發(fā)生改變，發(fā)生改變， PNPN結(jié)中里面的正負(fù)電荷數(shù)量要隨之而改變，電結(jié)中里面的正負(fù)電荷數(shù)量要隨之而改變，電荷的改變就好像是電容在充、放電。這顯示出來就是一種電荷的改變就好像是電容在充、放電。這顯示出來就是一種電容效應(yīng)，把這種電容效應(yīng)就稱作是容效應(yīng)，把這種電容效應(yīng)就稱作是勢壘電容勢壘電容。 勢壘區(qū)勢壘區(qū)就是

41、積累空間電荷的區(qū)域，也就是就是積累空間電荷的區(qū)域，也就是PNPN結(jié)，當(dāng)外界電結(jié)，當(dāng)外界電壓發(fā)生變化時候，壓發(fā)生變化時候，PNPN結(jié)中的電荷量發(fā)生變化，表現(xiàn)出來的電結(jié)中的電荷量發(fā)生變化，表現(xiàn)出來的電容就是容就是勢壘勢壘電容。用電容。用B B表示。理論推導(dǎo)表示。理論推導(dǎo) 2/24/2022392/24/2022392/24/202239第 3章 二極管及其基本電路 .39 阻擋層內(nèi)電荷量隨外加電壓變化阻擋層內(nèi)電荷量隨外加電壓變化 勢壘電容勢壘電容是由阻擋層內(nèi)空間電荷引起的?？臻g電荷區(qū)是是由阻擋層內(nèi)空間電荷引起的?？臻g電荷區(qū)是由不能移動的正負(fù)雜質(zhì)離子所形成的由不能移動的正負(fù)雜質(zhì)離子所形成的, ,均具有一定的電荷量均具有一定的電荷量, , 所以在結(jié)儲存了一定的電荷所以在結(jié)儲存了一定的電荷, , 當(dāng)外加電壓使阻擋層變寬當(dāng)外加電壓使阻擋層變寬時時, , 電荷量增加電荷量增加, , 如圖所示如圖所示. .2/24/2022402/24/2022402/24/202240第 3章 二極管及其基本電路 .40 勢壘電容和外加電壓的關(guān)系 B2/24/2022412/24/2022412/24/202241第 3章 二極管及其基本電路 .412 2擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容C CD D