PN结的形成与特性湖南铁道邵瑞课件

湖南铁道职业技术学院：邵瑞

PN结的形成与特性

按导电材料的分类：导体、绝缘体和半导体硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。1.半导体材料束缚电子在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。1.半导体材料半导体按掺杂与否分为本征半导体和杂质半导体

——纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体为本征半导体

——在本征半导体中掺入某种微量元素（杂质），使其导电性能发生显著变化后所形成的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，杂质半导体又可分为P型半导体和N型半导体两大类

1.半导体材料自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴本征激发常温下，本征半导体内可自由移动的电子数目很少，导电能力很差，但当温度上升或受到光照时，部分半导体原子的外层电子在获得足够能量后，将挣脱共价键的束缚，形成自由电子（简称电子）和共价键空位（简称空穴），这一过程称为热激发（或本征激化）。2.本征半导体热激发产生的电子和空穴总是成对出现，形成电子－空穴对。电子和空穴都可看作带电粒子，1个电子带一个单位负电荷，1个空穴带一个单位正电荷，它们统称为载流子。在本征半导体中，电子－空穴对的数目主要取决于环境温度。半导体器件的导电能力对温度很敏感。2.本征半导体电子－空穴对束缚电子在硅中加入5价元素磷N型半导体+4+4+4+4+4+4+3+4+4在硅中加入3价元素硼P型半导体3.杂质半导体N型半导体P型半导体多数载流子——自由电子少数载流子（由本征激发而来）——空穴杂质原子释放一个电子而成为一个不能移动的正离子（施主离子）多数载流子——空穴少数载流子（由本征激发而来）——

自由电子杂质原子形成一个空穴而成为不能移动的负离子（受主离子）++++++++++++－－－－－－－－－－－－3.杂质半导体4.PN结的形成

如果通过一定的生产工艺把P型半导体和N型半导体结合在一起，则会在它们的交界处形成一个特殊的薄层，这个薄层就称为PN结。

PN结的形成需要经历以下三个阶段：1）多子扩散，形成多子扩散阻挡层；2）多子扩散形成阻挡层，促使少子漂移；3）多子扩散与少子漂移达到动态平衡，从而形成PN结。

4.PN结的形成（1）多子扩散，形成多子扩散阻挡层：由于浓度差异，N区的电子向P区扩散，P区中的空穴向N区扩散；当电子和空穴相遇时，将发生复合而消失，在交界面两侧形成空间电荷区；空间电荷区形成一个内电场Ein，阻挡多子扩散、促使少子漂移。

（2）多子扩散形成阻挡层，促使少子漂移

：多子扩散的结果是在交界面形成阻挡层，阻挡多子扩散、促使少子漂移。随着多子扩散运动的进行，阻挡层不断增厚，扩散运动逐渐减弱，漂移运动不断加强。当两种运动达到动态平衡时，空间电荷区的宽度保持一定，PN结就形成了。

4.PN结的形成5.PN结的特性——单向导电性

PN结的单向导电性：（1）外加一定正向电压，PN结导通；（2）外加反向电压，PN结截止。

（1）外加一定正向电压，PN结导通；

当外加电压使PN结正向偏置（简称正偏）时，外加电场Eout与内电场Ein的方向相反，使空间电荷区变窄，阻挡层变薄，PN结呈低电阻特性。当外加电压大于一定数值时，大量多子在外电场的作用下越过阻挡层形成较大的电流，故称PN结导通。5.PN结的特性——单向导电性外加正向电压（正偏）－－电源正极接P区，负极接N区外电场的方向与内电场方向相反外电场削弱内电场，耗尽层变窄扩散电流＞漂移电流多子扩散形成正向电流I

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F5.PN结的特性——单向导电性3.

PN结的特性——单向导电性

（2）外加反向电压，PN结截止。

当外加电压使PN结反向偏置（简称反偏）时，空间电荷区变宽，阻挡层变厚，PN结呈阻断特性。少子的漂移运动占主导，形成的反向电流极小（μA级），在近似分析时可忽略不计，相当于开关的断开状态，故称PN结截止。

PN视频演示外加反向电压（反偏）－电源正极接N区，负极接P区外电场的方向与内电场方向相同外电场加强内电场，耗尽层变宽漂移电流＞扩散电流少子漂移形成反向电流I

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