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1、PN结及其特性详细介绍1. PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质，分别形成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：陵少子影多子师*緘钢也駆mm扩散到对方的载流子在P区和N区的交界处附近被相互中和掉，使P区一侧因失去空穴而留下不能 移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这样在两种半导体交界处逐渐形成由正、 负离子组成的空间电荷区（耗尽层）。由于P区一侧带负电，N区一侧带正电，所以出现了方向由N区指 向P区的内电场 PN结的形成当扩散和漂移运动达到平衡后，空间电荷区的宽度和内电场电位就相对稳定下来。此时，有多少个多子扩散到
2、对方，就有多少个少子从对方飘移过来，二者产生的电流大小相等，方向相反。因此，在相对平衡时，流过PN结的电流为0。朴、严陶能站底丨电于e o oi o o ol o 碍碍碍（$）对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。由于耗尽层的存在，PN结的电阻很大。PN结的形成过程中的两种运动：多数载流子扩散少数载 流子飘移PN结的形成过程(动画)2. PN结的单向导电性PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是 高阻性，电流小。如果外加电压使PN结中：P区的电位高于N区的电位，称为加正向
3、电压，简称正偏P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。(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。PN结加正向电压时的导电情况(2) PN结加反向电压时的导电情况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的作用下形成的漂移电流大于 扩散电
4、流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。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PN结加反向电压时的导电情况(动画)(3) PN结的伏安特性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结具有单向导电性。3. PN结方程根据理论分析，PN结两端的电压V与流过PN结的电流I之间的关系为:I = Is(r )其中：Is为PN结的反向饱和电流；Vt称为温度电压当量，在温度为300K(27C)时，Vt约为26
5、mV；“凤，伽卩_)所以上式常写为：PN结正偏时，如果V Vt几倍以上，上式可改写为:即I随V按指数规律变化。PN结反偏时，如果V VT几倍以上，上式可改写为：其中负号表示为反向。4. PN结的击穿特性如图所示，当加在PN结上的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然急剧增大，PN结产生电击穿 这就是PN结的击穿特性。发生击穿时的反偏电压称为PN结的反向击穿电压Vbr。PN结的电击穿是可逆击穿，及时把偏压调低，PN结即恢复原来特性。电击穿特点可加以利用(如稳 压管)。热击穿就是烧毁，是不可逆击穿。使用时尽量避免。PN结被击穿后，PN结上的压降高，电流大，功 率大。当PN结上的功耗使PN结发热，并
6、超过它的耗 散功率时，PN结将发生热击穿。这时PN结的电流和 温度之间出现恶性循环，最终将导致PN结烧毁。5 . PN结的电容效应IIIPN结除了具有单向导电性外，还有一定的电容效应。按产生电容的原因可 分为：II(1)势垒电容Cb势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发 生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充 放电。势垒电容的示意图如下图。势垒电容示意国(2)扩散电容Cd扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区 的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在P区内紧靠PN结的附 近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯 度分布曲线。扩散电容的示意图如图所示。当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度 梯度分布也不同，这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。PN结在反偏时主要 考虑势垒电容。PN结在正偏时主要考虑扩散电容。
