高二物理競(jìng)賽課件PN結(jié)的形成及特性

PN結(jié)的形成及特性

PN結(jié)的形成及特性1PN結(jié)的形成2PN結(jié)的單向?qū)щ娦噪s質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體。摻雜后半導(dǎo)體的導(dǎo)電率大為提高摻入三價(jià)元素如B、Al、In等，形成P型半導(dǎo)體，也稱空穴型半導(dǎo)體摻入五價(jià)元素如P、Sb等，形成N型半導(dǎo)體，也稱電子型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體P區(qū)N區(qū)濃度差－－擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（多子）載流子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散,稱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流成為擴(kuò)散電流內(nèi)電場(chǎng)—漂移運(yùn)動(dòng)（少子）內(nèi)電場(chǎng)阻礙多子向?qū)Ψ降臄U(kuò)散即阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)同時(shí)促進(jìn)少子向?qū)Ψ狡萍创龠M(jìn)了漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)=漂移運(yùn)動(dòng)時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡

一、PN結(jié)的形成內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散

因濃度差多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散,稱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擴(kuò)散電流漂移運(yùn)動(dòng)少子向?qū)Ψ狡?稱漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生漂移電流。動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散電流=漂移電流，PN結(jié)內(nèi)總電流=0。PN結(jié)穩(wěn)定的空間電荷區(qū)又稱高阻區(qū)也稱耗盡層1.PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

外電場(chǎng)方向與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?？臻g電荷區(qū)變窄，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡(jiǎn)稱正偏；內(nèi)外二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況

外電場(chǎng)與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。少子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下形成的漂移電流加大。此時(shí)PN結(jié)區(qū)少子漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流。ＰＮ結(jié)變寬PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡(jiǎn)稱反偏；內(nèi)外二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦杂纱丝梢缘贸鼋Y(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。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。IS：反向飽和電流UT：溫度的電壓當(dāng)量在常溫(300K)下，

UT

26mV三、PN結(jié)的電流方程PN結(jié)所加端電壓u與流過的電流i的關(guān)系為四、PN結(jié)的伏安特性

i=f

(u

)之間的關(guān)系曲線。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50i/mAu/V正向特性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向特性圖PN結(jié)的伏安特性反向擊穿齊納擊穿雪崩擊穿五、PN結(jié)的電容效應(yīng)當(dāng)PN上的電壓發(fā)生變化時(shí)，PN結(jié)中儲(chǔ)存的電荷量將隨之發(fā)生變化，使PN結(jié)具有電容效應(yīng)。電容效應(yīng)包括兩部分勢(shì)壘電容擴(kuò)散電容1.勢(shì)壘電容Cb是由PN結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。(a)PN結(jié)加正向電壓（b)PN結(jié)加反向電壓-N空間電荷區(qū)PVRI+UN空間電荷區(qū)PRI+-UV2.擴(kuò)散電容Cd

是由多數(shù)載流子在散過程中積累而引起的。QOxnPQ