PN結(jié)及其特性詳細(xì)介紹

1、PN結(jié)及其特性詳細(xì)介紹 1. PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過(guò)程: 擴(kuò)散到對(duì)方的載流子在P區(qū)和N區(qū)的交界處附近被相互中和掉，使P區(qū)一側(cè)因失去空穴而留下不能移動(dòng)的負(fù)離子，N區(qū)一側(cè)因失去電子而留下不能移動(dòng)的正離子。這樣在兩種半導(dǎo)體交界處逐漸形成由正、負(fù)離子組成的空間電荷區(qū)（耗盡層）。由于P區(qū)一側(cè)帶負(fù)電，N區(qū)一側(cè)帶正電，所以出現(xiàn)了方向由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)PN結(jié)的形成 當(dāng)擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡后，空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)電場(chǎng)電位就相對(duì)穩(wěn)定下來(lái)。此時(shí)，有多少個(gè)多子擴(kuò)散到對(duì)方，就有多少個(gè)少子從對(duì)方飄移

2、過(guò)來(lái)，二者產(chǎn)生的電流大小相等，方向相反。因此，在相對(duì)平衡時(shí)，流過(guò)PN結(jié)的電流為0。對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱(chēng)為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱(chēng)耗盡層。由于耗盡層的存在，PN結(jié)的電阻很大。  PN結(jié)的形成過(guò)程中的兩種運(yùn)動(dòng)：多數(shù)載流子擴(kuò)散少數(shù)載流子飄移  PN結(jié)的形成過(guò)程（動(dòng)畫(huà)）2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)， PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。 如果外加電壓使PN結(jié)中： P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱(chēng)為加正向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)正偏； P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，

3、稱(chēng)為加反向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)反偏。 (1) PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖所示。外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。于是,內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 (2) PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻

4、性。  在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)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(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱(chēng)為反向飽和電流。  PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況（動(dòng)畫(huà)） （3） PN結(jié)的伏安特性PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?. PN結(jié)方程根據(jù)理論分析，PN結(jié)兩端的電壓V與流過(guò)PN結(jié)的電流I之間的關(guān)系為：其中：IS為PN結(jié)的反向飽和電流；VT稱(chēng)為溫度電壓當(dāng)量，在溫度為300K(27°C)時(shí)，

5、 VT約為26mV；所以上式常寫(xiě)為：PN結(jié)正偏時(shí)，如果V> VT 幾倍以上，上式可改寫(xiě)為：即I隨V按指數(shù)規(guī)律變化。PN結(jié)反偏時(shí)，如果V > VT幾倍以上，上式可改寫(xiě)為： 其中負(fù)號(hào)表示為反向。4. PN結(jié)的擊穿特性 如圖所示，當(dāng)加在PN結(jié)上的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然急劇增大，PN結(jié)產(chǎn)生電擊穿這就是PN結(jié)的擊穿特性。發(fā)生擊穿時(shí)的反偏電壓稱(chēng)為PN結(jié)的反向擊穿電壓VBR。PN結(jié)的電擊穿是可逆擊穿，及時(shí)把偏壓調(diào)低，PN結(jié)即恢復(fù)原來(lái)特性。電擊穿特點(diǎn)可加以利用（如穩(wěn)壓管）。熱擊穿就是燒毀，是不可逆擊穿。使用時(shí)盡量避免。 PN結(jié)被擊穿后，PN結(jié)上的壓降高，電流大，功率大。當(dāng)

6、PN結(jié)上的功耗使PN結(jié)發(fā)熱，并超過(guò)它的耗散功率時(shí)，PN結(jié)將發(fā)生熱擊穿。這時(shí)PN結(jié)的電流和溫度之間出現(xiàn)惡性循環(huán)，最終將導(dǎo)致PN結(jié)燒毀。  5 . PN結(jié)的電容效應(yīng) PN結(jié)除了具有單向?qū)щ娦酝?，還有一定的電容效應(yīng)。按產(chǎn)生電容的原因可分為：(1) 勢(shì)壘電容CB勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢(shì)壘電容的示意圖如下圖。(2) 擴(kuò)散電容CD  擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子就堆積在 P 區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線(xiàn)。反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類(lèi)似的濃度梯度分布曲線(xiàn)。擴(kuò)散電容的示意圖如圖所示。 當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散