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1、3.2 PN结的形成及特性,3.2.2 PN结的形成,3.2.3 PN结的单向导电性,3.2.4 PN结的反向击穿,3.2.5 PN结的电容效应,3.2.1 载流子的漂移与扩散,3.2.1 载流子的漂移与扩散,漂移运动： 在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。,扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。,3.2.2 PN结的形成,多子的扩散运动,少子的漂移运动,浓度差,P 型半导体,N 型半导体,扩散和漂移这一对相反的运动最终会达到动态平衡，使空间电荷区的厚度固定不变。,形成空间电荷区,扩散的结果使空间电荷区变宽。,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变窄。,在一块
2、本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:,因浓度差 ,空间电荷区形成内电场, 内电场促使少子漂移, 内电场阻止多子扩散,最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。故交界面上的正负离子数不在变化，空间电荷区相对稳定，宽度不变，这个区域就称PN结。,多子的扩散运动,由杂质离子形成空间电荷区 ,* 空间电荷区产生的直接结果，是形成了一个电场，它不是外加电压形成的，而是由内部载流子运动形成的，故称为内电场。方向为NP。显然它的电场力起 着阻止空间电荷区两边多子继续扩散的作用，从这个意义上说空间电荷区是一个阻挡层。,* 对于
3、P型半导体和N型半导体结合面形成的不能 移动的带电离子薄层称为空间电荷区。,* 在空间电荷区，由于多子都已扩散到对方并参与复合，使得可以移动的正负电荷消失，所以也称该区域为耗尽层。,由内电场方向决定N区电位高于P区电位，而在PN结以外的区域保持电中性。电子由N到P必须克服内电场力做功，即越过一个能量高坡，一般称势垒，因此又把空间电荷区称为势垒区。,3.2.3 PN结的单向导电性,1. PN结加正向电压时（正向偏置）,PN 结变窄,P接正、N接负,内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。,PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大(它由起支配地位的扩散电流决定），正向电阻较小，PN
4、结处于导通状态。,P接负、N接正,2. PN结加反向电压时（反向偏置）,PN 结变宽,内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。,PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小(它由起支配地位的漂移电流决定），反向电阻较大，PN结处于截止状态。,少子电流为热激发电流, 一定温度条件下，少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流恒定，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流(与PN结正偏时的电流方向相反)。,PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：PN结具有单向导
5、电性。,3. PN结VI 特性表达式,其中,PN结的伏安特性,IS 反向饱和电流,VT 电压温度当量,绝对温度,玻耳兹曼常数,电子电荷量,n 发射系数，与PN结的尺寸、材料、通过电流有关。其值在12之间。,其中k为玻耳兹曼常数 1.381023J/K q 为电子电荷量1.6109C T 为热力学温度 对于室温（相当T=300 K） 则有VT=kT/q =26 mV。,3.2.4 PN结的反向击穿,当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。,热击穿不可逆,3.2.5 PN结的电容效应,扩散电容CD : PN结正偏时，多子在扩散过程中引起电荷积累 的变化。,扩散电容示意图,VD内电场增强 多子扩散减弱,Q,(2) 势垒电容CB： 势垒区空间电荷随外加电压变化而产生的电容效应（主要体现在PN结反偏时）。,end,Q,
