PN結(jié)的形成及特性

3.2PN結(jié)的形成及特性

3.2.2

PN結(jié)的形成

3.2.3

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

3.2.4

PN結(jié)的反向擊穿

3.2.5

PN結(jié)的電容效應(yīng)

3.2.1

載流子的漂移與擴散

3.2.1載流子的漂移與擴散漂移運動：由電場作用引起的載流子的運動稱為漂移運動。擴散運動：由載流子濃度差引起的載流子的運動稱為擴散運動。

沒有電場作用時，載流子做隨機無定向移動，載流子在任意方向下的平均速度為0。有電場作用時，載流子做定向移動。

3.2.2PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過特殊工藝，分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。則在它們的交界處將形成一個具有特殊物理性質(zhì)的薄層，即PN結(jié)。多子擴散空間電荷區(qū)和內(nèi)電場形成內(nèi)電場作用于載流子促使少子漂移阻止多子擴散PN結(jié)的形成可分為以下幾個步驟：PN結(jié)形成（濃度差）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(dǎo)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E內(nèi) 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，即形成PN結(jié)。此時，有多少個多子擴散到對方，就有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，在動態(tài)平衡時，流過PN結(jié)的電流為0。內(nèi)電場空間電荷區(qū)耗盡層電子空穴P區(qū)N區(qū)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

3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦詫嶋H工作中的PN結(jié)總是加有一定的外加電壓。當外加電壓極性不同時，其導(dǎo)電性能迥然不同。

(1)PN結(jié)加正向電壓時：當外加電壓使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；E內(nèi)E外外電場與內(nèi)電場方向相反，使多數(shù)載流子向PN結(jié)移動，空間電荷區(qū)變窄，其電阻值減小。外電場有利于擴散，使擴散運動增強，遠勝過漂移運動。載流子的不斷擴散在外電路形成較大的擴散電流，稱為正向電流IF

低電阻大的正向擴散電流

3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(2)PN結(jié)加反向電壓：P區(qū)接電源負極，N區(qū)接電源正極，稱為反向偏置（反偏）

高電阻很小的反向漂移電流E內(nèi)E外外電場與內(nèi)電場反向一致，將使P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子進一步離開PN結(jié)，空間電荷區(qū)變寬，阻值增大。由于外電場的作用，擴散運動被進一步阻礙，動態(tài)平衡打破，此時流過PN結(jié)的電流主要是少數(shù)載流子的漂移電流。

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關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。

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；（導(dǎo)通）

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。（截止）

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

PN結(jié)的單向?qū)щ娦躁P(guān)鍵在于它的耗盡層的存在，且寬度隨外加電壓而變化。

3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(3)PN結(jié)V-I特性表達式其中PN結(jié)的伏安特性IS——反向飽和電流VT

——溫度的電壓當量且在常溫下（T=300K）

3.2.4PN結(jié)的反向擊穿當PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

電擊穿——可逆

3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)(1)擴散電容CD擴散電容示意圖

PN結(jié)正偏時，擴散運動使多數(shù)載流子穿過PN結(jié)，在對方區(qū)域PN結(jié)附近有高于正常情況時的電荷累積。（N區(qū)附近積累較多的空穴，P區(qū)附近積累了較多的電子）。存儲電荷量的大小，取決于PN結(jié)上所加正向電壓值的大小。離結(jié)越遠，由于空穴與電子的復(fù)合，濃度將隨之減小。

效應(yīng)就是一種物理或化學現(xiàn)象。電容效應(yīng)是指PN結(jié)具有儲存電荷這一類似電容性質(zhì)的現(xiàn)象。

3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)

(2)勢壘電容CBend反向偏置時，能擴散到對方區(qū)域的載流子數(shù)目很少，因此擴散電容數(shù)值很小，擴散電容效應(yīng)可忽略。

PN結(jié)電壓變化，空間電荷區(qū)寬度改變，從而引起空間電荷區(qū)內(nèi)電荷的變化，這種效應(yīng)稱為勢壘電容。