PN结的形成及特性

3.2PN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：由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。

没有电场作用时，载流子做随机无定向移动，载流子在任意方向下的平均速度为0。有电场作用时，载流子做定向移动。

3.2.2PN结的形成在一块本征半导体两侧通过特殊工艺，分别形成N型半导体和P型半导体。则在它们的交界处将形成一个具有特殊物理性质的薄层，即PN结。多子扩散空间电荷区和内电场形成内电场作用于载流子促使少子漂移阻止多子扩散PN结的形成可分为以下几个步骤：PN结形成（浓度差）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E内 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，即形成PN结。此时，有多少个多子扩散到对方，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，在动态平衡时，流过PN结的电流为0。内电场空间电荷区耗尽层电子空穴P区N区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

3.2.3PN结的单向导电性实际工作中的PN结总是加有一定的外加电压。当外加电压极性不同时，其导电性能迥然不同。

(1)PN结加正向电压时：当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；E内E外外电场与内电场方向相反，使多数载流子向PN结移动，空间电荷区变窄，其电阻值减小。外电场有利于扩散，使扩散运动增强，远胜过漂移运动。载流子的不断扩散在外电路形成较大的扩散电流，称为正向电流IF

低电阻大的正向扩散电流

3.2.3PN结的单向导电性

(2)PN结加反向电压：P区接电源负极，N区接电源正极，称为反向偏置（反偏）

高电阻很小的反向漂移电流E内E外外电场与内电场反向一致，将使P区的空穴和N区的电子进一步离开PN结，空间电荷区变宽，阻值增大。由于外电场的作用，扩散运动被进一步阻碍，动态平衡打破，此时流过PN结的电流主要是少数载流子的漂移电流。

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结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；（导通）

PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。（截止）

由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。

PN结的单向导电性关键在于它的耗尽层的存在，且宽度随外加电压而变化。

3.2.3PN结的单向导电性

(3)PN结V-I特性表达式其中PN结的伏安特性IS——反向饱和电流VT

——温度的电压当量且在常温下（T=300K）

3.2.4PN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

电击穿——可逆

3.2.5PN结的电容效应(1)扩散电容CD扩散电容示意图

PN结正偏时，扩散运动使多数载流子穿过PN结，在对方区域PN结附近有高于正常情况时的电荷累积。（N区附近积累较多的空穴，P区附近积累了较多的电子）。存储电荷量的大小，取决于PN结上所加正向电压值的大小。离结越远，由于空穴与电子的复合，浓度将随之减小。

效应就是一种物理或化学现象。电容效应是指PN结具有储存电荷这一类似电容性质的现象。

3.2.5PN结的电容效应

(2)势垒电容CBend反向偏置时，能扩散到对方区域的载流子数目很少，因此扩散电容数值很小，扩散电容效应可忽略。

PN结电压变化，空间电荷区宽度改变，从而引起空间电荷区内电荷的变化，这种效应称为势垒电容。