PN結的形成與特性介紹

1、PNPN 結的定義:在一塊本征半導體中，摻以不同的雜質，使其一邊成為 P P 型，另一邊成為 N N 型，在 P P 區(qū)和 N N區(qū)的交界面處就形成了一個 PNPN 結。PNPN 結的形成(1)(1)當 P P 型半導體和 N N 型半導體結合在一起時，由于交界面處存在載流子濃度的差異，這樣電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴散。但是，電子和空穴都是帶電的，它們擴散的結果就使 P P 區(qū)和 N N 區(qū)中原來的電中性條件破壞了。P P 區(qū)一側因失去空穴而留下不能移動的負離子，N N 區(qū)一側因失去電子而留下不能移動的正離子。這些不能移動的帶電粒子通常稱為空間電荷，它們集中在 P P 區(qū)和

2、N N 區(qū)交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區(qū)，這就是我們所說的 PNPN 結，如圖 1 1 所示。圖1 1濃度差使載流子發(fā)生擴跋運動(2)(2)在這個區(qū)域內(nèi)，多數(shù)載流子或已擴散到對方，或被對方擴散過來的多數(shù)載流子(到了本區(qū)域后即成為少數(shù)載流子了)復合掉了，即多數(shù)載流子被消耗盡了，所以又稱此區(qū)域為耗盡層，它的電阻率很高，為高電阻區(qū)。(3)(3)P P 區(qū)一側呈現(xiàn)負電荷，N N 區(qū)一側呈現(xiàn)正電荷，因此空間電荷區(qū)出現(xiàn)了方向由 N N 區(qū)指向P P 區(qū)的電場，由于這個電場是載流子擴散運動形成的，而不是外加電壓形成的，故稱為內(nèi)電場，如圖 2 2 所示。駐守金。司電&電 4 電圖2 2內(nèi)電場形

3、成(4)(4)內(nèi)電場是由多子的擴散運動引起的，伴隨著它的建立將帶來兩種影響：一是內(nèi)電場將阻礙多子的擴散，二是 P P 區(qū)和 N N 區(qū)的少子一旦靠近 PNPN 結，便在內(nèi)電場的作用下漂移到對方，使空間電荷區(qū)變窄。(5)(5)因此，擴散運動使空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場增強，有利于少子的漂移而不利于多子的擴散；而漂移運動使空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場減弱，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移。當擴散運動和漂移運動達到動態(tài)平衡時，交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，即 PNPN 結處于動態(tài)平衡。PNPN 結的寬度一般為 0.5um0.5um。PNPN 結的單向導電性PNPN 結在未加外加電壓時，擴散運動與漂移運動處于動

4、態(tài)平衡，通過(1)(1)外加正向電壓(正偏)當電源正極接 P P 區(qū)，負極接 N N 區(qū)時，稱為給 pNpN 結加正向電壓或正向偏置，如圖 3 3 所示。由于 PNPN 結是高阻區(qū)，而 P P 區(qū)和 N N 區(qū)的電阻很小，所以正向電壓幾乎全部加在 PNPN 結兩端。在 PNPN 結上產(chǎn)生一個外電場，其方向與內(nèi)電場相反，在它的推動下，N N 區(qū)的電子要向左邊擴散，并與原來空間電荷區(qū)的正離子中和，使空間電荷區(qū)變窄。同樣，P P 區(qū)的空穴也要向右邊擴散，并與原來空間電荷區(qū)的負離子中和，使空間電荷區(qū)變窄。結果使內(nèi)電場減弱，破壞了 PNPN 結原有的動態(tài)平衡。于是擴散運動超過了漂移運動，擴散又繼續(xù)進行。

5、與此同時，電源不斷向 P P 區(qū)補充正電荷，向 N N 區(qū)補充負電荷，結果在電路中形成了較大的正向電流 IFIF。而且 IFIF 隨著正向電壓的增大而增大。圖3 3FNFN絡的單向導電性PNPN 結的電流為零。正向偏置的FNFN結反向偏費的結（2 2）外加反向電壓（反偏）當電源正極接 N N 區(qū)、負極接 P P 區(qū)時，稱為給 PNPN 結加反向電壓或反向偏置。反向電壓產(chǎn)生的外加電場的方向與內(nèi)電場的方向相同，使 PNPN 結內(nèi)電場加強，它把 P P 區(qū)的多子（空穴）和 N N 區(qū)的多子（自由電子）從 PNPN 結附近拉走，使 PNPN 結進一步加寬，PNPN 結的電阻增大，打破了 PNPN 結原

6、來的平衡，在電場作用下的漂移運動大于擴散運動。這時通過 PNPN 結的電流,主要是少子形成的漂移電流，稱為反向電流 IRIR。由于在常溫下，少數(shù)載流子的數(shù)量不多，故反向電流很小，而且當外加電壓在一定范圍內(nèi)變化時，它幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因此反向電流又稱為反向飽和電流。當反向電流可以忽略時，就可認為 PNPN 結處于截止狀態(tài)。值得注意的是，由于本征激發(fā)隨溫度的升高而加劇，導致電子一空穴對增多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增長。反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設計電路時，必須考慮溫度補償問題。綜上所述，PNPN 結正偏時，正向電流較大，相當于 PNPN 結導通，反偏時，反向電流很小，相當于 PNPN 結截止。這就是 PNPN 結的單向導電性。PNPN 結的