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1、1.2 PN结（结（PN junction） 在在一一块块N型型半半导导体体（或或P型型），用用杂杂质质补补偿偿的的方方法法掺掺入入一一定定数数量量的的三三价价元元素素（或或五五价价元元素素）将将这这一一部部分分区区域域转换成转换成P型（或型（或N型），则在它们的界面处便生成型），则在它们的界面处便生成PN结。结。PN结结是是晶晶体体二二极极管管及及其其它它半半导导体体的的基基本本结结构构，在在集集成成电路及其元、器件中极其重要。电路及其元、器件中极其重要。模电课件02第一章PN节（1）PN结的形成结的形成 NPNPNPNPNPNP在在N区靠近界面处留下正离子，区靠近界面处留下正离子，P区生成
2、负离子；区生成负离子； P型半导体中空穴（多子）向型半导体中空穴（多子）向N区扩散，这些载流子一旦区扩散，这些载流子一旦越过界面，与越过界面，与N区电子复合，区电子复合， 内建电场内建电场E空间电荷区空间电荷区实际上实际上PN结的宽度是很小的，只有结的宽度是很小的，只有m量级量级 空间电荷区空间电荷区多子扩散多子扩散内建电场内建电场多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移多子扩散多子扩散NPNPNP内建电场内建电场E空间电荷区空间电荷区少子漂移少子漂移空间电荷区空间电荷区内建电场内建电场少子漂移少子漂移最终，当漂移和扩散达到动态平衡，最终，当漂移和扩散达到动态平衡，PN结即形成。结即形成。这时，再没有
3、净的电流流过这时，再没有净的电流流过PN结，也不会有净的结，也不会有净的电荷迁移。电荷迁移。 模电课件02第一章PN节2 PN结的特点结的特点（1）空间电荷区的宽度决定于杂质浓度。）空间电荷区的宽度决定于杂质浓度。 NP内建电场内建电场E空间电荷区空间电荷区杂质浓度越高，空间电荷区越薄杂质浓度越高，空间电荷区越薄 (2)空间电荷区是非中性区。空间电荷区是非中性区。 PN节有内建电位差节有内建电位差 NPP区为负，区为负，N区为正，区为正，界面处为零界面处为零内建电场内建电场ENU内建电位内建电位势垒（电子势能）势垒（电子势能）（x）电荷分布）电荷分布E电场强度电场强度电位电位qUP（接触电位差
4、或内建电位差）（接触电位差或内建电位差） PN节的内建电位差节的内建电位差 UT =kT /q（热力学电压）常温下（热力学电压）常温下（T300K） UT =26mV 一般一般硅（硅（Si）PN结的内建电位差结的内建电位差U=0.60.8V ；锗（锗（Ge）PN结的内建电位差结的内建电位差U=0.20.3V。 模电课件02第一章PN节NPN区电子要到达区电子要到达P区或区或P区区空穴要到达空穴要到达N区必须克服势区必须克服势垒垒qU qU 即势垒阻碍了扩散运动即势垒阻碍了扩散运动 故故PNPN结结( (空间电荷区空间电荷区) )也称为也称为势垒区势垒区或或阻挡层阻挡层 PNPN结结( (空间电
5、荷区空间电荷区) )内由于有大量的不能移动的离子，是内由于有大量的不能移动的离子，是载流子不能停留的区域载流子不能停留的区域 可以认为可以认为PNPN结结( (空间电荷区空间电荷区) )内的载流子在内的载流子在PNPN结形成过程中已被近似结形成过程中已被近似“耗尽耗尽”完毕完毕 故故PNPN结结( (空间电荷区空间电荷区) )又称为又称为耗尽层耗尽层 结内载流子数结内载流子数远小于远小于结外的载流子数结外的载流子数 模电课件02第一章PN节在在PN结两端外接结两端外接直流直流电电压称为压称为偏置偏置， 泛指在泛指在半导体器件半导体器件上所上所加的直流电压和电流加的直流电压和电流 1正向偏置的正
6、向偏置的PN结结 若若PN结外加直流电压使结外加直流电压使P区接区接高高电位，电位，N区接区接低低电位，称电位，称PN结正向偏置，结正向偏置，简称简称正偏正偏。 由于结内的载流子数远小于结外由于结内的载流子数远小于结外P区和区和N区的载流子数，区的载流子数， 故故PN结结相对于结外的相对于结外的P区和区和N区而言是区而言是高阻区高阻区 外加电压外加电压U几乎完全作用在结层上几乎完全作用在结层上 U由于由于U的方向与内建电的方向与内建电压压U的方向相反的方向相反 UUIDUUUUIDUU- -U内建电场内建电场空间电荷区空间电荷区少子漂移少子漂移多子扩散多子扩散内建电场内建电场空间电荷区空间电荷
7、区势垒高度势垒高度 122 PN结的单向导电特性结的单向导电特性 这使得结层内的电位差这使得结层内的电位差减小为减小为(U- -U) 多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移模电课件02第一章PN节IDUUUUUUPNPN结结导通导通 正向电流正向电流 ID正向电压正向电压 U U模电课件02第一章PN节2反向偏置的反向偏置的PN结结 当外加电压使当外加电压使P区接区接低低电位，电位，N区接区接高高电位，电位，则称则称PN结结反向偏置反向偏置，简称简称反偏反偏 UUUISUU+ +UPNPN结变宽结变宽 空间电荷区空间电荷区电位差电位差 内建电场内建电场少子漂移少子漂移
8、多子扩散多子扩散I反反I反反不变不变IS反反向饱和电流向饱和电流 I反反模电课件02第一章PN节反向电流远小于正向电流反向电流远小于正向电流 即即I ID D|I|IS S| | 当当忽忽略略I IS S不不计计时时，通通常常可可以以认认为为，反反偏偏PNPN结结是是截截止止（不导通）的。（不导通）的。另另外外，该该电电流流是是温温度度的的敏敏感感函函数数，是是影影响响PNPN结结正正常常工作的主要原因。工作的主要原因。模电课件02第一章PN节本征半导体中含有什么载流子本征半导体中含有什么载流子1杂杂质质半半导导体体分分为为( )型型和和( )型型。自自由由电电子子是是( )型半导体中的多子。
9、空穴是型半导体中的多子。空穴是( )型半导体中的少子。型半导体中的少子。2杂杂质质半半导导体体中中的的少少子子因因( )而而产产生生，多多子子主主要要因因( )而产生。而产生。 3常常温温下下多多子子浓浓度度等等于于( )浓浓度度，而而少少于于浓浓度度随随( )变化显著。变化显著。 4导导体体中中的的( )电电流流与与载载流流子子浓浓度度梯梯度度成成正正比比；( )电流与电场强度成正比。电流与电场强度成正比。 5当当( )区区外外接接高高电电位位而而( )区区外外接接低低电电位位时时，PN结正偏。结正偏。 6，PN结又称为结又称为( )、( )、( )和和( )。 1杂杂质质半半导导体体分分为
10、为( P )型型和和( N )型型。自自由由电电子子是是(N )型半导体中的多子。空穴是型半导体中的多子。空穴是(N )型半导体中的少子。型半导体中的少子。2杂杂质质半半导导体体中中的的少少子子因因( 本本征征激激发发 )而而产产生生，多多子子主要因主要因( 掺入杂质掺入杂质)而产生。而产生。 3常常温温下下多多子子浓浓度度等等于于(杂杂质质)浓浓度度，而而少少于于浓浓度度随随( 温度温度 )变化显著。变化显著。 4导导体体中中的的( 扩扩散散 )电电流流与与载载流流子子浓浓度度梯梯度度成成正比；正比；( 漂移漂移 )电流与电场强度成正比。电流与电场强度成正比。 5当当(P )区区外外接接高高电电位位而而(N )区区外外接接低低电电位位时时，PN结正偏。结正偏。 6，PN结结又又称称为为(势势垒垒区区)、(阻阻挡挡层层)、(耗耗尽尽层层 )和和(空空间电荷区间电荷区)。 模电课件02第一章PN节
