PN結(jié)及其特性詳細介紹

1、PNPN 結(jié)及其特性詳細介紹1.1. PNPN 結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì)，分別形成 N N 型半導(dǎo)體和 P P 型半導(dǎo)體。此時將在 N N 型半導(dǎo)體和 P P 型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程：擴散到對方的載流子在 P P 區(qū)和 N N 區(qū)的交界處附近被相互中和掉，使 P P 區(qū)一側(cè)因失去空穴而留下不能移動的負離子，N N 區(qū)一側(cè)因失去電子而留下不能移動的正離子。這樣在兩種半導(dǎo)體交界處逐漸形成由正、負離子組成的空間電荷區(qū)（耗盡層）。由于 P P 區(qū)一側(cè)帶負電，N N 區(qū)一側(cè)帶正電，所以出現(xiàn)了方向由 N N 區(qū)指向 P P 區(qū)的內(nèi)電場:曾:PNPN 結(jié)的形成當(dāng)擴散和漂移

2、運動達到平衡后，空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)電場電位就相對穩(wěn)定下來。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(chǎn)生的電流大小相等，方向相反。因此，在相對平衡時，流過 PNPN 結(jié)的電流為 0 0。空穴空間電荷區(qū)耗盡層電子白9000OOOlOOIG01()I一一一I.區(qū)對于 P P 型半導(dǎo)體和 N N 型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為 PNPN 結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。由于耗盡層的存在，PNPN 結(jié)的電阻很大。PNPN 結(jié)的形成過程中的兩種運動： 多數(shù)載流子擴散少數(shù)載流子飄移PNPN 結(jié)的形成過程(動畫)2.2. PNPN 結(jié)的單向?qū)щ娦訮NPN

3、 結(jié)具有單向?qū)щ娦裕敉饧与妷菏闺娏鲝?P P 區(qū)流到 N N 區(qū)，PNPN 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 PNPN 結(jié)中：P P 區(qū)的電位高于 N N 區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；P P 區(qū)的電位低于 N N 區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏。(1)(1)PNPN 結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況PNPN 結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況如圖所示。外加的正向電壓有一部分降落在 PNPN 結(jié)區(qū)，方向與 PNPN 結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是，內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PNPN 結(jié)呈現(xiàn)低阻性。N

4、N 結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況外加的反向電壓有一部分降落在 PNPN 結(jié)區(qū)，方向與 PNPN 結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時 PNPN 結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，PNPN 結(jié)呈現(xiàn)高阻性。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關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。PNPN 結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況(動畫)3)3) )PNPN 結(jié)的伏安特性PNPN 結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PNPN 結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)

5、高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PNPN 結(jié)具有單向?qū)щ娦?。根?jù)理論分析，PNPN 結(jié)兩端的電壓 V V 與流過 PNPN 結(jié)的電流 I I 之間的關(guān)系為:VI-Is(eT-1)其中：I IS為 PNPN 結(jié)的反向飽和電流；V VT稱為溫度電壓當(dāng)量，在溫度為 300K300K(27(27C)C)時，V VT約為 26mV;26mV;VI-癡-1)所以上式常寫為：PNPN 結(jié)正偏時，如果 VVVVT幾倍以上，上式可改寫為：I工即 I I 隨 V V 按指數(shù)規(guī)律變化PNPN 結(jié)反偏時，如果 VVV VT幾倍以上，上式可改寫為:其中負號表示為反向4)4) PNPN 結(jié)的擊穿特性如圖

6、所示，當(dāng)加在 PNPN 結(jié)上的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然急劇增大,這就是 PNPN 結(jié)的擊穿特性。發(fā)生擊穿時的反偏電壓稱為PNPN 結(jié)的電擊穿是可逆擊穿，及時把偏壓調(diào)低，PNPN 結(jié)即恢復(fù)原來特性。電擊穿特點可加以利用(如穩(wěn)壓管)。熱擊穿就是燒毀，是不可逆擊穿。使用時盡量避免PNPN 結(jié)被擊穿后，PNPN 結(jié)上的壓降高，電流大，功率大。當(dāng) P PN N結(jié)上的功耗使 PNPN 結(jié)發(fā)熱，并超過它的耗散功率時，PNPN 結(jié)將發(fā)生熱擊穿。 這時 PNPN 結(jié)的電流和溫度之間出現(xiàn)惡性循環(huán)， 最終將導(dǎo)致PNPN 結(jié)燒毀。PNPN 結(jié)產(chǎn)生電擊穿PNPN 結(jié)的反向擊穿電壓 V VBR。5 5.PN

7、.PN 結(jié)的電容效應(yīng)PNPN 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：勢壘電容 C CB勢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 PNPN 結(jié)上壓降發(fā)生變化時，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng) PNPN 結(jié)中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖如下圖。勢壘電容示意圖擴散電容 C CD擴散電容是由多子擴散后，在 PNPN 結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因 PNPN 結(jié)正偏時，由 N N 區(qū)擴散到 P 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。剛擴散過來的電子就堆積在 P P 區(qū)內(nèi)緊靠 PNPN 結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。反之，由 P P 區(qū)擴散到 N N 區(qū)的空穴，在 N N 區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴散電容的示意圖如圖所示。當(dāng)外加正向電壓不同時，擴散電流即外電路電流的大小也就不同。所以 P