3.2PN結的形成及特性

3.2.2

PN結的形成

3.2.3

PN結的單向導電性

3.2.4

PN結的反向擊穿

3.2.5

PN結的電容效應

3.2.1

載流子的漂移與擴散

3.2.1載流子的漂移與擴散漂移運動：由電場作用引起的載流子的運動稱為漂移運動。擴散運動：由載流子濃度差引起的載流子的運動稱為擴散運動。

沒有電場作用時，載流子做隨機無定向移動，載流子在任意方向下的平均速度為0。有電場作用時，載流子做定向移動。

3.2.2PN結的形成在一塊本征半導體兩側通過特殊工藝，分別形成N型半導體和P型半導體。則在它們的交界處將形成一個具有特殊物理性質的薄層，即PN結。多子擴散空間電荷區和內電場形成內電場作用于載流子促使少子漂移阻止多子擴散PN結的形成可分為以下幾個步驟：PN結形成（濃度差）擴散到對方的載流子在P區和N區的交界處附近被相互中和掉，使P區一側因失去空穴而留下不能移動的負離子，N區一側因失去電子而留下不能移動的正離子。這樣在兩種半導體交界處逐漸形成由正、負離子組成的空間電荷區（耗盡層）。由于P區一側帶負電，N區一側帶正電，所以出現了方向由N區指向P區的內電場E內 當擴散和漂移運動達到平衡后，空間電荷區的寬度和內電場電位就相對穩定下來，即形成PN結。此時，有多少個多子擴散到對方，就有多少個少子從對方飄移過來，二者產生的電流大小相等，方向相反。因此，在動態平衡時，流過PN結的電流為0。內電場空間電荷區耗盡層電子空穴P區N區PN結的形成過程中的兩種運動：

多數載流子擴散少數載流子飄移

3.2.3PN結的單向導電性實際工作中的PN結總是加有一定的外加電壓。當外加電壓極性不同時，其導電性能迥然不同。

(1)PN結加正向電壓時：當外加電壓使PN結中P區的電位高于N區的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；E內E外外電場與內電場方向相反，使多數載流子向PN結移動，空間電荷區變窄，其電阻值減小。外電場有利于擴散，使擴散運動增強，遠勝過漂移運動。載流子的不斷擴散在外電路形成較大的擴散電流，稱為正向電流IF

低電阻大的正向擴散電流

3.2.3PN結的單向導電性

(2)PN結加反向電壓：P區接電源負極，N區接電源正極，稱為反向偏置（反偏）

高電阻很小的反向漂移電流E內E外外電場與內電場反向一致，將使P區的空穴和N區的電子進一步離開PN結，空間電荷區變寬，阻值增大。由于外電場的作用，擴散運動被進一步阻礙，動態平衡打破，此時流過PN結的電流主要是少數載流子的漂移電流。

在一定的溫度條件下，由本征激發決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。

PN結加正向電壓時，呈現低電阻，具有較大的正向擴散電流；（導通）

PN結加反向電壓時，呈現高電阻，具有很小的反向漂移電流。（截止）

由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。

PN結的單向導電性關鍵在于它的耗盡層的存在，且寬度隨外加電壓而變化。

3.2.3PN結的單向導電性

(3)PN結V-I特性表達式其中PN結的伏安特性IS——反向飽和電流VT

——溫度的電壓當量且在常溫下（T=300K）

3.2.4PN結的反向擊穿當PN結的反向電壓增加到一定數值時，反向電流突然快速增加，此現象稱為PN結的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

電擊穿——可逆

3.2.5PN結的電容效應(1)擴散電容CD擴散電容示意圖

PN結正偏時，擴散運動使多數載流子穿過PN結，在對方區域PN結附近有高于正常情況時的電荷累積。（N區附近積累較多的空穴，P區附近積累了較多的電子）。存儲電荷量的大小，取決于PN結上所加正向電壓值的大小。離結越遠，由于空穴與電子的復合，濃度將隨之減小。

效應就是一種物理或化學現象。電容效應是指PN結具有儲存電荷這一類似電容性質的現象。

3.2.5PN結的電容效應

(2)勢壘電容CBend反向偏置時，能擴散到對方區域的載流子數目很少，因此擴散電容數值很小，擴散電容效應可忽略。

PN結電壓變化，空間電荷區寬度改變，從而引起空間電荷區內電荷的變化，這種效應稱為勢壘電容。