PN結(jié)的形成及特性

1、重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院3.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散漂移運(yùn)動：漂移運(yùn)動： 在電場作用引起的載流子的運(yùn)動稱為在電場作用引起的載流子的運(yùn)動稱為漂移運(yùn)動漂移運(yùn)動。擴(kuò)散運(yùn)動：擴(kuò)散運(yùn)動： 由載流子濃度差引起的載流子的運(yùn)動稱為由載流子濃度差引起的載流子的運(yùn)動稱為擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動運(yùn)動。重慶工學(xué)

2、院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 3.2.2 PN結(jié)的形成結(jié)的形成重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì)在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì), ,分別分別形成形成N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體。此時將在型半導(dǎo)體。此時將在N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程: :因濃度差因濃度差 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 最后最后, ,多子的多

3、子的擴(kuò)散擴(kuò)散和少子的和少子的漂移漂移達(dá)到達(dá)到動態(tài)平衡動態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動多子的擴(kuò)散運(yùn)動 由由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 對于對于P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的子薄層形成的空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)稱為稱為PNPN結(jié)結(jié)。 在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱稱耗盡層耗盡層。 重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 如果外加電壓使如果外加電壓使PNPN結(jié)中：結(jié)中： P P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加正向電壓正向電壓，簡稱簡稱正偏正

4、偏； PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦裕敉饧与妷菏闺娏鲝?，若外加電壓使電流從P P區(qū)流到區(qū)流到N N區(qū)，區(qū)， PNPN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。高阻性，電流小。 P P區(qū)的電位低于區(qū)的電位低于N N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加反向電壓反向電壓，簡稱簡稱反偏反偏。 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦灾貞c工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 (1) PN(1) PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況 外加的正向電壓有外加的正向電壓有一部分降落在一部分降落在PNPN結(jié)區(qū)，結(jié)區(qū)，方向與方向與PNPN結(jié)內(nèi)電場方向結(jié)內(nèi)電場

5、方向相反，削弱了內(nèi)電場。相反，削弱了內(nèi)電場。于是于是, ,內(nèi)電場對多子擴(kuò)散內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙減弱，擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，漂移電流的影響，PNPN結(jié)結(jié)呈現(xiàn)低阻性。呈現(xiàn)低阻性。 PNPN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況如圖所示。結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況如圖所示。PN結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況時的導(dǎo)電情況重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 (2) PN(2) PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況 外加的反向電壓有一部分降落在外加的反向電壓有一部分降落在PNPN結(jié)區(qū)，方向與結(jié)區(qū)

6、，方向與PNPN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時擴(kuò)散電流大大減小。此時PNPN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，電流，PNPN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。結(jié)呈現(xiàn)高阻性。 在一定的溫度條件下，在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大本上與所加反向電壓的大小無關(guān)小無

7、關(guān)，這個電流也稱為這個電流也稱為反向飽和電流反向飽和電流。 PNPN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況如圖所示。結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況如圖所示。圖圖 PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況情況重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 PNPN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；具有較大的正向擴(kuò)散電流； PNPN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，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。具有很小的反向漂移電流。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單向結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?dǎo)電性。重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 3.2.3 PN結(jié)的單

8、向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?(3) PN(3) PN結(jié)結(jié)V V- -I I 特性表達(dá)式：特性表達(dá)式：其中其中: :PNPN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性)1e (/SDD TVIivI IS S 反向飽和電流反向飽和電流V VT T 溫度的電壓當(dāng)量溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下且在常溫下( (T T=300K=300K）: :V026. 0 qkTVTmV 26 重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)的反向電壓增結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為稱為PNPN結(jié)的結(jié)的反向擊穿。反向擊穿

9、。熱擊穿熱擊穿不可逆不可逆 雪崩擊穿雪崩擊穿 齊納擊穿齊納擊穿 電擊穿電擊穿可逆可逆重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)(1) (1) 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容C CD D擴(kuò)散電容示意圖擴(kuò)散電容示意圖擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因的。因PN結(jié)正偏時，由結(jié)正偏時，由N區(qū)擴(kuò)區(qū)擴(kuò)散到散到P區(qū)的電子，與外電源提區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在在 P 區(qū)內(nèi)緊靠區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布形成一定的多子濃度梯度分布曲線。曲線。反之，由反之，由P區(qū)擴(kuò)散到區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空區(qū)的空穴，在穴，在N區(qū)內(nèi)也形區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。成類似的濃度梯度分布曲線。重慶工學(xué)院電子學(xué)院重慶工學(xué)院電子學(xué)院 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) (2) (2) 勢壘電容勢壘電容C CB B勢壘電容是由空間電荷