《pn结的形成》由会员分享，可在线阅读，更多相关《pn结的形成（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.2 PN结,1.2.1 PN结的形成,将一块P型半导体和N型半导体紧密连接在一起，这种紧密连接不能有缝隙，是一种原子半径尺度上的紧密连接。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。,N型半导体中的多子电子的浓度远大于P型半导体中少子电子的浓度；P型半导体中多子空穴的浓度远大于N型半导体中少子空穴的浓度。于是在两种半导体的界面上会因载流子的浓度差发生了扩散运动，见左图。,图中兰色小圆为多子电子；红色小圆为多子空穴。,随着扩散运动的进行，在界面N区的一侧，随着电子向P区的扩散，杂质变成正离子；在界面P区的一侧，随着空穴向N区的扩散，杂质变成负离子。杂质在晶格中是不能移动的，所以
2、在N型和P型半导体界面的N型区一侧会形成正离子薄层；在P型区一侧会形成负离子薄层。这种离子薄层会形成一个电场，方向是从N区指向P区，称为内电场，见左上图。,内电场的出现及内电场的方向会对扩散运动产生阻碍作用，限制了扩散运动的进一步发展。在半导体中还存在少子，内电场的电场力会对少子产生作用，促使少数载流子产生漂移运动。,漂移电流的方向正好与扩散电流的方向相反，扩散运动越强，内电场越强，对扩散运动的阻碍就越强；内电场越强，理应漂移电流就越大。因少数载流子的浓度与温度有关，在一定的温度条件下，少数载流子的浓度一定，所以漂移电流的大小就一定，不会随内电场加大而继续加大。从而在某个温度条件下，扩散和漂移
3、会达到动态平衡，扩散电流和漂移电流相等。,可以用下列箭头来描述这一过程,因浓度差 形成多子的扩散运动 杂质离子形成空间电荷区,我们称从N区指向P区的内电场为PN结。因为离子薄层中的多数载流子已经扩散尽了，缺少多子，所以这个离子薄层也称为耗尽层。所以PN结有许多别名，离子薄层、空间电荷区、耗尽层、内电场等等。,以上PN结的形成过程可以通过动画进一步学习。,动画1-3,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 达到动态平衡,1.2.2 PN结的单向导电性,PN结最重要的特性是单向导电特性，先看如下实验。,实验：PN结的导电性。按如下方式进行PN结导电性的实验，因为PN结加上封装外
4、壳和电极引线就是二极管，所以拿一个二极管来当成PN结。P区为正极；N区为负极。对于图示的实验电路，（表示二极管负极的黑色圆环在右侧。此时发光二极管导通而发光。,电源正极,二极管负极黑色圆环标记在右侧,发光二极管发光,此时发光二极管不发光，说明PN结不导电。这个实验说明PN结（二极管）具有单向导电性。,将PN结左右翻转180，二极管负极接电源正极，黑色标记在左侧。,发光二极管熄灭,PN结具有单向导电性，若P区的电位高于N区，电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；若P区的电位低于N区，电流从N区流到P区，PN结呈高阻性，所以电流小。如果外加电压使：,PN结P区的电位高于N区的电位称为加正
5、向电压，简称正偏；,PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。,下面对PN结的单向导电性进行解释。,1.2.2.1 PN结加正向电压时的导电情况,PN结加正向电压时的导电情况如图所示。,外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多数载流子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。,IF,1.2.2.2 PN结加反向电压时的导电情况,PN结加反向电压时的导电情况如图所示。外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。,内电场对多子扩散运动的阻碍 增强，扩散电流大大减小。此时PN 结区的少子在内电场作用下形成的 漂移电流大于扩散电流，可忽略扩 散电流，PN结呈现高阻性。,IS,在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，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 IS 。,动画1-4,
