PN結(jié)的形成及特性

3.2PN結(jié)的形成及特性

3.2.2

PN結(jié)的形成

3.2.3

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

3.2.4

PN結(jié)的反向擊穿

3.2.5

PN結(jié)的電容效應(yīng)

3.2.1

載流子的漂移與擴(kuò)散

3.2.1載流子的漂移與擴(kuò)散漂移運(yùn)動(dòng)：由電場(chǎng)作用引起的載流子的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：由載流子濃度差引起的載流子的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。

沒有電場(chǎng)作用時(shí)，載流子做隨機(jī)無定向移動(dòng)，載流子在任意方向下的平均速度為0。有電場(chǎng)作用時(shí)，載流子做定向移動(dòng)。

3.2.2PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過特殊工藝，分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。則在它們的交界處將形成一個(gè)具有特殊物理性質(zhì)的薄層，即PN結(jié)。多子擴(kuò)散空間電荷區(qū)和內(nèi)電場(chǎng)形成內(nèi)電場(chǎng)作用于載流子促使少子漂移阻止多子擴(kuò)散PN結(jié)的形成可分為以下幾個(gè)步驟：PN結(jié)形成（濃度差）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)E內(nèi) 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，即形成PN結(jié)。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)方飄移過來，二者產(chǎn)生的電流大小相等，方向相反。因此，在動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，流過PN結(jié)的電流為0。內(nèi)電場(chǎng)空間電荷區(qū)耗盡層電子空穴P區(qū)N區(qū)PN結(jié)的形成過程中的兩種運(yùn)動(dòng)：

多數(shù)載流子擴(kuò)散少數(shù)載流子飄移

3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦詫?shí)際工作中的PN結(jié)總是加有一定的外加電壓。當(dāng)外加電壓極性不同時(shí)，其導(dǎo)電性能迥然不同。

(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)：當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡(jiǎn)稱正偏；E內(nèi)E外外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，使多數(shù)載流子向PN結(jié)移動(dòng)，空間電荷區(qū)變窄，其電阻值減小。外電場(chǎng)有利于擴(kuò)散，使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，遠(yuǎn)勝過漂移運(yùn)動(dòng)。載流子的不斷擴(kuò)散在外電路形成較大的擴(kuò)散電流，稱為正向電流IF

低電阻大的正向擴(kuò)散電流

3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(2)PN結(jié)加反向電壓：P區(qū)接電源負(fù)極，N區(qū)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(nèi)E外外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)反向一致，將使P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子進(jìn)一步離開PN結(jié)，空間電荷區(qū)變寬，阻值增大。由于外電場(chǎng)的作用，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)被進(jìn)一步阻礙，動(dòng)態(tài)平衡打破，此時(shí)流過PN結(jié)的電流主要是少數(shù)載流子的漂移電流。

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(gè)電流也稱為反向飽和電流。

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；（導(dǎo)通）

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。（截止）

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

PN結(jié)的單向?qū)щ娦躁P(guān)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(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(3)PN結(jié)V-I特性表達(dá)式其中PN結(jié)的伏安特性IS——反向飽和電流VT

——溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（T=300K）

3.2.4PN結(jié)的反向擊穿當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

電擊穿——可逆

3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)(1)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖

PN結(jié)正偏時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使多數(shù)載流子穿過PN結(jié)，在對(duì)方區(qū)域PN結(jié)附近有高于正常情況時(shí)的電荷累積。（N區(qū)附近積累較多的空穴，P區(qū)附近積累了較多的電子）。存儲(chǔ)電荷量的大小，取決于PN結(jié)上所加正向電壓值的大小。離結(jié)越遠(yuǎn)，由于空穴與電子的復(fù)合，濃度將隨之減小。

效應(yīng)就是一種物理或化學(xué)現(xiàn)象。電容效應(yīng)是指PN結(jié)具有儲(chǔ)存電荷這一類似電容性質(zhì)的現(xiàn)象。

3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)

(2)勢(shì)壘電容CBend反向偏置時(shí)，能擴(kuò)散到對(duì)方區(qū)域的載流子數(shù)目很少，因此擴(kuò)散電容數(shù)值很小，擴(kuò)散電容效應(yīng)可忽略。

PN結(jié)電壓變化，空間電荷區(qū)寬度改變，從而引起空間電荷區(qū)內(nèi)電荷的變化，這種效應(yīng)稱為勢(shì)壘電容。