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1、1.2 PN 结简介结简介 在硅，锗，砷化镓等具有共价键的单晶本征半导体材料中，以特殊工艺如高温扩散，离子注入等“掺杂”一定浓度的其他特定原子，在不破坏原半导体共价键的1061010情况下，使杂质原子在晶格的某些位置上代替原材料的原子，因为原晶体的共价键结构的存在，以及杂质原子与晶体原子的自由电子数目不相等，那么在形成共价键后，杂质原子就会多出自由电子会被共价键牵引而缺少自由电子。从整个材料特性看来仍然对外界表现出电中性，但在晶格的附近就会有多余的电子或者因缺少电子而形成了带正电的空穴。有多余电子的掺杂材料就称为 negative 型半导体，带空穴的掺杂材料就称为 positive 型半导体。
2、从电路结构上说，pn 结是一种特殊的材料接触结构：将 p 型半导体以及 n 型半导体以特定的工艺进行原子级结合就可以形成 pn 结，pn 结有这样的特点：因 p 型半导体中的空穴，n 型半导体中的电子相互渗透会形成接触电场，方向为从 n 端指向 p 端。当分别在 p,n端加上电压时，pn 结将表现出宝贵的单向导电性：p 级加上正电压，n 级加上负电压时接触电场被削弱，pn 结导通；n 级加正电压时，p 级加负电压时接触电场被增加，导致自由电子无法通过。在 pn 正向导通时，因为接触电场的存在，将会在结上形成以固定压降，硅pn 结的压降一般为 0.6v，锗材料结的压降一般为 0.3-0.5 左右
3、。锗材料的温度敏感性很强，其稳定性远不如硅材料。Pn 结示意图如图 1.1：这是典型的 pn 结伏安特性。可见 pn 结在加上很大的反压时可以突然导通，导通电阻很小，导通电压为 v1，在加以正压时，在一个比较小的电压上v2，pn 结也开始相对缓慢导通。于电压 v1 处的导通为反向击穿，击穿后若对电流不加以限制，很容易使 pn 结过流烧毁，但电压 v1 比较稳定，这个特性被运用于稳压。V2 处的导通称为正向导通，其电压对于硅管来说为 0.6v 左右，对于锗管说来为 0.3-0.5v 左右。V1 的电压大小可以通过半导体的加工工艺来改变，可以达到几伏到几千伏。在 pn 区分别接上欧姆接触电极，就构
4、成了各种二极管。Pn 结的反向击穿从机理上说有两种，齐纳击穿和雪崩击穿。在掺杂浓度较高的条件下，pn 结的宽度很小，较小的反向电压就可以形成很强的结内反向电场。若电场浓度超过时，有些共价键上的电子会被电场力拉出，载流子mv/106迅速增加。其击穿电压与电流的关系不大，也就是说电压较稳。这种现象称为齐纳击穿。在 pn 结的宽的比较宽时，较高的反向结电压还不能产生过强的结内电场，但是由于载流子穿过结的路程比较长，不断被电场加速，将其他价电子撞出了共价键，产生新的电子-空穴对，这些载流子又去撞其他共价键不断产生链式反应，最后导致 pn 结反向电流剧烈增加。这种现象称为雪崩击穿。一般对于反压小于 4v 的击穿称为齐纳击穿，反压大于 7v 的称为雪崩击穿，两者之间可能两种模式都存在。不管是哪种击穿，若击穿电流不加外界控制，最后都会因为结温度过高而烧毁，若有外界电流限制，两种模式都不会损坏 pn 结。从器件内 pn 结的数目看来，二极管属于单结器件。
