二極管及應(yīng)用-PN結(jié)的形成及特性（電子技術(shù)課件）

摻雜半導(dǎo)體空位+3加入+3價(jià)元素1.1摻雜半導(dǎo)體及PN結(jié)一、摻雜半導(dǎo)體半導(dǎo)體中用特殊的工藝摻入+3價(jià)雜質(zhì)元素時(shí)，雜質(zhì)會(huì)替換掉晶體中的部分半導(dǎo)體原子。1.P型半導(dǎo)體的形成由于+3價(jià)元素原子最外層只有3個(gè)電子，在與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)電子，從而多出一個(gè)空位。雜質(zhì)原子中的空位，容易吸引周邊原子最外層電子的填補(bǔ)，從而形成一個(gè)帶負(fù)電的雜質(zhì)離子和一個(gè)帶正電的空穴。加入+3價(jià)元素1.P型半導(dǎo)體的形成帶負(fù)電雜質(zhì)離子+3帶正電的空穴

這樣的摻雜半導(dǎo)體中，空穴的數(shù)量就會(huì)大大高于自由電子的數(shù)量，使導(dǎo)電能力增強(qiáng)，這種半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中空穴數(shù)量多，稱為多數(shù)載流子，簡稱多子；自由電子數(shù)量少，稱為少數(shù)載流子，簡稱少子。加入+3價(jià)元素帶負(fù)電雜質(zhì)離子+3帶正電的空穴1.P型半導(dǎo)體的形成半導(dǎo)體中用特殊的工藝摻入+5價(jià)雜質(zhì)元素時(shí)，雜質(zhì)會(huì)替換掉晶體中的部分半導(dǎo)體原子。自由電子+5加入+5價(jià)元素2.N型半導(dǎo)體的形成由于+5價(jià)元素原子最外層有5個(gè)電子，在與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，多出一個(gè)電子，從而會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自由電子。加入+5價(jià)元素最外層的5個(gè)電子與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，多出一個(gè)電子，從而會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自由電子和一個(gè)帶正電的雜質(zhì)離子。2.N型半導(dǎo)體的形成自由電子+5帶正電的雜質(zhì)離子這樣的摻雜半導(dǎo)體中，自由電子的數(shù)量就會(huì)大大高于空穴的數(shù)量，使導(dǎo)電能力增強(qiáng)，這種半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中自由電子數(shù)量多，稱為多數(shù)載流子，簡稱多子；空穴數(shù)量少，稱為少數(shù)載流子，簡稱少子。2.N型半導(dǎo)體的形成加入+5價(jià)元素自由電子+5帶正電的雜質(zhì)離子在一塊本征半導(dǎo)體中一邊摻入三價(jià)元素形成P型半導(dǎo)體，另一邊摻入五價(jià)元素形成N型半導(dǎo)體。加入+3價(jià)元素P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空穴自由電子加入+5價(jià)元素二、PN結(jié)的形成在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的分界面上，形成了一個(gè)特殊的區(qū)域。二、PN結(jié)的形成P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空穴自由電子P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空穴自由電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)——由于P區(qū)存在大量空穴，N區(qū)存在大量自由電子，兩邊不同的多數(shù)載流子的濃度差使得它們相互向?qū)γ鏀U(kuò)散。1.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)復(fù)合——擴(kuò)散過去的多數(shù)載流子與對(duì)面不同的多數(shù)載流子復(fù)合消失了，留下不能移動(dòng)的帶電荷的雜質(zhì)離子。空間電荷區(qū)——在交界面因擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的這個(gè)特殊的帶異性電荷的區(qū)域叫做空間電荷區(qū)，也稱為耗盡層。P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空穴自由電子2.耗盡層因擴(kuò)散作用形成的空間電荷區(qū)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由P區(qū)指向N區(qū)的內(nèi)電場。多子（空穴和自由電子）擴(kuò)散進(jìn)入到空間電荷區(qū)后，受到的電場力如圖所示。P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空穴自由電子內(nèi)電場方向3.內(nèi)電場空間電荷區(qū)的作用——阻礙多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)少子的漂移運(yùn)動(dòng)。P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空穴自由電子內(nèi)電場方向3.內(nèi)電場漂移運(yùn)動(dòng)—少數(shù)載流子（P區(qū)的自由電子、N區(qū)的空穴）運(yùn)動(dòng)到空間電荷區(qū)，在內(nèi)電場幫助下進(jìn)入到對(duì)方區(qū)域的運(yùn)動(dòng)。隨著多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行，空間電荷區(qū)越來越寬，對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙越來越強(qiáng)；對(duì)少子漂移運(yùn)動(dòng)的幫助越來越大。P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空穴自由電子內(nèi)電場方向二、PN結(jié)的形成動(dòng)態(tài)平衡——最后，當(dāng)擴(kuò)散的多子和漂移的少子數(shù)量相等時(shí)，交界面上形成動(dòng)態(tài)平衡，耗盡層不再增寬。形成的這個(gè)結(jié)構(gòu)叫做PN結(jié)。P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空穴自由電子內(nèi)電場方向PN結(jié)二、PN結(jié)的形成

PN結(jié)的P型區(qū)接電池正極或高電位，N型區(qū)接電池負(fù)極或低電位-PN結(jié)加正向偏置電壓（正偏）。三、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的正向連接電池正極大量的正電荷把帶正電的空穴往右推，電池負(fù)極大量的負(fù)電荷把帶負(fù)電的自由電子往左推。1.PN結(jié)的正向連接空間電荷區(qū)在外電場的作用下，會(huì)被壓縮變窄。1.PN結(jié)的正向連接隨著PN結(jié)上從P型區(qū)到N型區(qū)的電壓的增加，空間電荷區(qū)越來越窄，直到消失，P型區(qū)和N型區(qū)連接到一起。1.PN結(jié)的正向連接由于P型區(qū)和N型區(qū)都是導(dǎo)電性能很好的摻雜半導(dǎo)體，所以此時(shí)的PN結(jié)相當(dāng)于導(dǎo)體，這種情況叫做正向?qū)ǎ娮栎^小，電流較大。正向?qū)娏?.PN結(jié)的正向連接PN結(jié)兩端P型區(qū)接電池負(fù)極或低電位，N型區(qū)接電池正極或高電位-PN結(jié)加反向偏置電壓（反偏）。2.PN結(jié)的反向連接電池正極大量的正電荷把帶負(fù)電的自由電子往右拉，電池負(fù)極大量的負(fù)電荷把帶正電的空穴往左拉。2.PN結(jié)的反向連接空間電荷區(qū)在外電場的作用下，會(huì)被進(jìn)一步拉寬（變寬）2.PN結(jié)的反向連接由于空間電荷區(qū)中沒有能自由移動(dòng)的電荷，所以呈現(xiàn)絕緣體的特性，此時(shí)的PN結(jié)不導(dǎo)電，回路中電流幾乎為零。2.PN結(jié)的反向連接這種情況稱為PN結(jié)反偏截止，PN結(jié)上的電阻很大，反向電流（少數(shù)載流子漂移形成）很小可以視為約等于0。反向飽和漏電流2.PN結(jié)的反向連接當(dāng)PN結(jié)兩端P型區(qū)和N型區(qū)導(dǎo)電性接近于金屬，中間的耗盡層導(dǎo)電性相當(dāng)于絕緣體。耗盡層3.PN結(jié)的電容效應(yīng)兩端加電壓時(shí)，這個(gè)結(jié)構(gòu)也相當(dāng)于一個(gè)很小的電容。耗盡層3.PN結(jié)的電容效應(yīng)當(dāng)PN結(jié)兩端電壓發(fā)生改變時(shí)，空間電荷區(qū)也會(huì)相應(yīng)的變寬或變窄，相當(dāng)于電容極板上的充電放電現(xiàn)象，耗盡層