数电第4版 课件 8C PN结及单向导电性

2.2半导体器件基础2.2.1半导体的基本知识2.2.2PN结的形成及单向导电性2.2.3二极管2.2.4双极型三极管2.2.5MOS场效应晶体管

在一块本征半导体中,通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体，交界处就形成PN结。1.载流子的扩散与漂移2.2.2PN结的形成及单向导电性空穴电子杂质离子杂质离子扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。P区N

区空间电荷区内电场方向1.载流子的扩散与漂移2.2.2PN结的形成及单向导电性空间电荷区内电场方向P区N区少子漂移漂移运动：由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。1.载流子的扩散与漂移2.2.2PN结的形成及单向导电性2.PN结的形成

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

多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区2.2.2PN结的形成及单向导电性因浓度差

空间电荷区的宽度基本上稳定

思考：PN结中有内建电场，假设有理想电压表去测两端，为什么没有电压？因为空间电荷区的内电场与飘移到对方的少数载流子产生的电场抵消。整个PN结是电中性的，所以两端没有电压。2.2.2PN结的形成及单向导电性空穴的数量多于负离子电子的数量多于正离子PN结的几种叫法：留下的是不能运动的离子——空间电荷区。多子都扩散到对方被复合掉了——耗尽层。形成的内电场阻止扩散运动——阻挡层。形成的内电场具有电位梯度，称接触电位差（很小）——势垒区。2.2.2PN结的形成及单向导电性外电场方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。空间电荷变窄，扩散电流加大，远大于漂移电流。

（1）PN结加正向电压——正偏置3.PN结的单向导电性2.2.2PN结的形成及单向导电性低电阻特性，大的正向扩散电流。外电场与PN结内电场方向相同，增强内电场。空间电荷区变宽，内电场对多子扩散运动阻碍增强，扩散电流大大减小，漂移电流加大，少子漂移电流大于扩散电流。（2）PN结加反向电压——反偏置3.PN结的单向导电性2.2.2PN结的形成及单向导电性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

4.PN结伏安特性曲线2.2.2PN结的形成及单向导电性PN结从小加到大加正向电压时，刚开始的时候没有电流，直到某个电压突然产生电流，这个电压称为死区；如果外加电压变化一点，电流变化很多。加正向电压时，PN结呈低电阻特性，产生大的正向扩散电流。如果电流不加以限制，正向电压越大，电流越大，PN结就可能烧毁（电转热），所以我们在PN结的电路中增加一个电阻，用来限制最大电流通过。当环境温度一定时随着反偏电压的增加，漂移电流将达到一个“饱和”值，即漂移电流不再随反偏电压的增加而增加，故该电流通常称为反向饱和电流，用IS

表示。

5.PN结伏安特性表达式VT为一常数。在常温下（T=300K），VT等于26mV。①当二极管的PN结两端加正向电压时，②当二极管的PN结两端加反向电压时，2.2.2PN结的形成及单向导电性思考题（1）P型和N型半导体通过一定工艺形成无缝隙的连接，当

与

运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即形成PN结。扩散、漂移

（2）PN结外加正向电压，就是将外加电压的正端接

区，负端接

区，这时空间电荷区的宽度变

。PN结的基本特征是

。P，N，窄，单向导电性（3）什么是二极管的反向饱和电流？答：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，这个电流称为反向饱和电流。思考题（5）如果正向电压不断加大，会产生什么结果？（4）如果反向电压不断加大