二极管及应用-PN结的形成及特性（电子技术课件）

掺杂半导体空位+3加入+3价元素1.1掺杂半导体及PN结一、掺杂半导体半导体中用特殊的工艺掺入+3价杂质元素时，杂质会替换掉晶体中的部分半导体原子。1.P型半导体的形成由于+3价元素原子最外层只有3个电子，在与周围四个半导体原子形成共价键时，缺少一个电子，从而多出一个空位。杂质原子中的空位，容易吸引周边原子最外层电子的填补，从而形成一个带负电的杂质离子和一个带正电的空穴。加入+3价元素1.P型半导体的形成带负电杂质离子+3带正电的空穴

这样的掺杂半导体中，空穴的数量就会大大高于自由电子的数量，使导电能力增强，这种半导体称为P型半导体。在P型半导体中空穴数量多，称为多数载流子，简称多子；自由电子数量少，称为少数载流子，简称少子。加入+3价元素带负电杂质离子+3带正电的空穴1.P型半导体的形成半导体中用特殊的工艺掺入+5价杂质元素时，杂质会替换掉晶体中的部分半导体原子。自由电子+5加入+5价元素2.N型半导体的形成由于+5价元素原子最外层有5个电子，在与周围四个半导体原子形成共价键时，多出一个电子，从而会产生一个自由电子。加入+5价元素最外层的5个电子与周围四个半导体原子形成共价键时，多出一个电子，从而会产生一个自由电子和一个带正电的杂质离子。2.N型半导体的形成自由电子+5带正电的杂质离子这样的掺杂半导体中，自由电子的数量就会大大高于空穴的数量，使导电能力增强，这种半导体称为N型半导体。在N型半导体中自由电子数量多，称为多数载流子，简称多子；空穴数量少，称为少数载流子，简称少子。2.N型半导体的形成加入+5价元素自由电子+5带正电的杂质离子在一块本征半导体中一边掺入三价元素形成P型半导体，另一边掺入五价元素形成N型半导体。加入+3价元素P型半导体N型半导体空穴自由电子加入+5价元素二、PN结的形成在P型半导体和N型半导体的分界面上，形成了一个特殊的区域。二、PN结的形成P型半导体N型半导体空穴自由电子P型半导体N型半导体空穴自由电子扩散运动——由于P区存在大量空穴，N区存在大量自由电子，两边不同的多数载流子的浓度差使得它们相互向对面扩散。1.扩散运动复合——扩散过去的多数载流子与对面不同的多数载流子复合消失了，留下不能移动的带电荷的杂质离子。空间电荷区——在交界面因扩散运动形成的这个特殊的带异性电荷的区域叫做空间电荷区，也称为耗尽层。P型半导体N型半导体空穴自由电子2.耗尽层因扩散作用形成的空间电荷区，会产生一个由P区指向N区的内电场。多子（空穴和自由电子）扩散进入到空间电荷区后，受到的电场力如图所示。P型半导体N型半导体空穴自由电子内电场方向3.内电场空间电荷区的作用——阻碍多子的扩散运动，促进少子的漂移运动。P型半导体N型半导体空穴自由电子内电场方向3.内电场漂移运动—少数载流子（P区的自由电子、N区的空穴）运动到空间电荷区，在内电场帮助下进入到对方区域的运动。随着多子的扩散运动进行，空间电荷区越来越宽，对多子扩散运动的阻碍越来越强；对少子漂移运动的帮助越来越大。P型半导体N型半导体空穴自由电子内电场方向二、PN结的形成动态平衡——最后，当扩散的多子和漂移的少子数量相等时，交界面上形成动态平衡，耗尽层不再增宽。形成的这个结构叫做PN结。P型半导体N型半导体空穴自由电子内电场方向PN结二、PN结的形成

PN结的P型区接电池正极或高电位，N型区接电池负极或低电位-PN结加正向偏置电压（正偏）。三、PN结的单向导电性1.PN结的正向连接电池正极大量的正电荷把带正电的空穴往右推，电池负极大量的负电荷把带负电的自由电子往左推。1.PN结的正向连接空间电荷区在外电场的作用下，会被压缩变窄。1.PN结的正向连接随着PN结上从P型区到N型区的电压的增加，空间电荷区越来越窄，直到消失，P型区和N型区连接到一起。1.PN结的正向连接由于P型区和N型区都是导电性能很好的掺杂半导体，所以此时的PN结相当于导体，这种情况叫做正向导通，电阻较小，电流较大。正向导通电流1.PN结的正向连接PN结两端P型区接电池负极或低电位，N型区接电池正极或高电位-PN结加反向偏置电压（反偏）。2.PN结的反向连接电池正极大量的正电荷把带负电的自由电子往右拉，电池负极大量的负电荷把带正电的空穴往左拉。2.PN结的反向连接空间电荷区在外电场的作用下，会被进一步拉宽（变宽）2.PN结的反向连接由于空间电荷区中没有能自由移动的电荷，所以呈现绝缘体的特性，此时的PN结不导电，回路中电流几乎为零。2.PN结的反向连接这种情况称为PN结反偏截止，PN结上的电阻很大，反向电流（少数载流子漂移形成）很小可以视为约等于0。反向饱和漏电流2.PN结的反向连接当PN结两端P型区和N型区导电性接近于金属，中间的耗尽层导电性相当于绝缘体。耗尽层3.PN结的电容效应两端加电压时，这个结构也相当于一个很小的电容。耗尽层3.PN结的电容效应当PN结两端电压发生改变时，空间电荷区也会相应的变宽或变窄，相当于电容极板上的充电放电现象，耗尽层