PN結(jié)及其特性詳細(xì)介紹[建筑A類]

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程: 擴(kuò)散到對方的載流子在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的負(fù)離子，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(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PN結(jié)的形成 當(dāng)擴(kuò)散和漂移運(yùn)動達(dá)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(kuò)散到對方，就有多少個少子從對方飄移

2、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PN結(jié)的電流為0。對于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)稱為PN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，PN結(jié)的電阻很大。PN結(jié)的形成過程中的兩種運(yùn)動：多數(shù)載流子擴(kuò)散少數(shù)載流子飄移PN結(jié)的形成過程（動畫）2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)具有單向?qū)щ娦裕敉饧与妷菏闺娏鲝腜區(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，稱為加正向電壓，簡稱正偏； P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏。 (1) PN結(jié)加正向

3、電壓時的導(dǎo)電情況 PN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PN結(jié)區(qū)，方向與PN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(kuò)散運(yùn)動的阻礙減弱，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)加正向電壓時的導(dǎo)電情況(2) PN結(jié)加反向電壓時的導(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)電場方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時PN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(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，PN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

4、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。PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況（動畫）（3） PN結(jié)的伏安特性PN結(jié)加正向電壓時，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，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稱為溫度電壓當(dāng)量，在溫度為300K(27C)時， VT約為26mV；所以上式常寫為：PN結(jié)正偏時，如果V VT 幾倍以上，上式可改寫為：即I隨V按指數(shù)規(guī)律變化。PN結(jié)反偏時，如果V

5、 VT幾倍以上，上式可改寫為： 其中負(fù)號表示為反向。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，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)生擊穿時的反偏電壓稱為PN結(jié)的反向擊穿電壓VBR。PN結(jié)的電擊穿是可逆擊穿，及時把偏壓調(diào)低，PN結(jié)即恢復(fù)原來特性。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)PN結(jié)上的功耗使PN結(jié)發(fā)熱，并超過它的耗散功率時，PN結(jié)將發(fā)生熱擊穿。這時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

6、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) 勢壘電容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PN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)PN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。(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，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)散過來的電子就堆積在 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。反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容的示意圖如圖所示。當(dāng)外加正向電壓不同時，擴(kuò)散電流即外電路電流的大