PN結(jié)的形成及特性

1、2022-6-1812022-6-1812022-6-181第 3章 二極管及其基本電路 3.2 PN3.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性 P P是指的是指的P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體，N N指的是指的是N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體，當(dāng)一塊純凈的半，當(dāng)一塊純凈的半導(dǎo)體一半摻雜為導(dǎo)體一半摻雜為N N型，一半摻雜為型，一半摻雜為P P型，那么在兩個(gè)區(qū)域之間就型，那么在兩個(gè)區(qū)域之間就形成了一個(gè)形成了一個(gè)PNPN結(jié)（結(jié)（結(jié)結(jié)是指的是指的N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體的交接的型半導(dǎo)體的交接的介介面面上），首先看一下上），首先看一下PNPN結(jié)是怎么形成的？結(jié)是怎么形成的？ 在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制

2、造了在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造了P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)型半導(dǎo)體體. . P P型半導(dǎo)體的多子是什么？型半導(dǎo)體的多子是什么？ 空穴空穴 N N型半導(dǎo)體的多子是什么？型半導(dǎo)體的多子是什么？ 自由電子自由電子. . 如果把他們接到一塊，在他們的介面上就會(huì)存在截流子的如果把他們接到一塊，在他們的介面上就會(huì)存在截流子的濃度差，如果存在濃度差，就會(huì)形成一系列的結(jié)果。濃度差，如果存在濃度差，就會(huì)形成一系列的結(jié)果。 2022-6-1822022-6-1822022-6-182第 3章 二極管及其基本電路 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散N+ + + + + + + + +

3、+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +以以N型半導(dǎo)體為基片型半導(dǎo)體為基片通過(guò)半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝通過(guò)半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝2022-6-1832022-6-1832022-6-183第 3章 二極管及其基本電路 使半導(dǎo)體的一邊形成使半導(dǎo)體的一邊形成N型區(qū)，另一邊形成型區(qū)，另一邊形成P型區(qū)。型區(qū)。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

4、+ + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-1842022-6-1842022-6-184第 3章 二極管及其基本電路 左邊是左邊是P P型半導(dǎo)體，右邊是型半導(dǎo)體，右邊是N N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。P P型半導(dǎo)體里面還型半導(dǎo)體里面還畫(huà)出了它的少子（自由電子）（一個(gè)小點(diǎn)），畫(huà)出了它的少子（自由電子）（一個(gè)小點(diǎn)），N N型半導(dǎo)體里型半導(dǎo)體里面也畫(huà)出了它的少子（空穴）（一個(gè)小圓圈面也畫(huà)出了它的少子（空穴）（一個(gè)小圓圈 ）. .P P

5、型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體少子少子( (自由電子自由電子) )少子少子( (空穴空穴) )N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-1852022-6-1852022-6-185第 3章 二極管及其基本電路 N區(qū)有許多自由電子（多數(shù)載流子）和幾個(gè)由于熱產(chǎn)生的空穴區(qū)有許多自由電子（多數(shù)載流子）和幾個(gè)由于熱產(chǎn)生的空穴（

6、少數(shù)載流子），而（少數(shù)載流子），而P區(qū)有許多空穴（多數(shù)載流子）和幾個(gè)由于熱產(chǎn)區(qū)有許多空穴（多數(shù)載流子）和幾個(gè)由于熱產(chǎn)生的自由電子（少數(shù)電子）。生的自由電子（少數(shù)電子）。PN結(jié)構(gòu)成了基本的二極管。二極管是只結(jié)構(gòu)成了基本的二極管。二極管是只允許電流往一個(gè)方向流動(dòng)的元件。允許電流往一個(gè)方向流動(dòng)的元件。P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體少子少子( (自由電子自由電子) )少子少子( (空穴空穴) )N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - -

7、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-1862022-6-1862022-6-186第 3章 二極管及其基本電路 (1) 在濃度差的作用下，電子從在濃度差的作用下，電子從 N區(qū)向區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散。區(qū)擴(kuò)散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-187

8、2022-6-1872022-6-187第 3章 二極管及其基本電路 (2) 在濃度差的作用下，空穴從在濃度差的作用下，空穴從 P區(qū)向區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散。區(qū)擴(kuò)散。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-1882022-6-1882022-6-188第 3章 二極管及其基本電路 在濃度差的作用下，兩邊多子互相擴(kuò)散。由于他們的量比在濃度

9、差的作用下，兩邊多子互相擴(kuò)散。由于他們的量比較大，我們稱(chēng)作多子在進(jìn)行較大，我們稱(chēng)作多子在進(jìn)行擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng). .擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-1892022-6-1892022-6-189第 3章 二極管及其基本電路 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)空間電荷層空間電荷層擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐

10、漸加寬。荷區(qū)逐漸加寬。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-18102022-6-18102022-6-1810第 3章 二極管及其基本電路 形成內(nèi)電場(chǎng)形成內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)(E)方向方向 一旦擴(kuò)散以后，在它的介面上，就剩下了正離子和負(fù)離子，這時(shí)候就存一旦擴(kuò)散以后，在它的介面上，就剩下了正離子和負(fù)離子，這時(shí)候就存形成一個(gè)電場(chǎng)

11、形成一個(gè)電場(chǎng). .方向是從帶正電的方向是從帶正電的N N區(qū)指向帶負(fù)電的區(qū)指向帶負(fù)電的P P區(qū)。這個(gè)電場(chǎng)是在內(nèi)部區(qū)。這個(gè)電場(chǎng)是在內(nèi)部形成的，稱(chēng)為內(nèi)電場(chǎng)形成的，稱(chēng)為內(nèi)電場(chǎng)E.E.N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-18112022-6-18112022-6-1811第 3章 二極管及其基本電路 漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) 電場(chǎng)的的方向是

12、從正離子往負(fù)離子走。電場(chǎng)的作用就會(huì)促進(jìn)少數(shù)載流子電場(chǎng)的的方向是從正離子往負(fù)離子走。電場(chǎng)的作用就會(huì)促進(jìn)少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)，自由電子從低電位往的運(yùn)動(dòng)，自由電子從低電位往髙髙電位走，空穴是從電位走，空穴是從髙髙電位往底電位走，由于電位往底電位走，由于少子的運(yùn)動(dòng)很弱少子的運(yùn)動(dòng)很弱( (數(shù)量很少數(shù)量很少) )，少子的運(yùn)動(dòng)叫做，少子的運(yùn)動(dòng)叫做漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)。 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E EN+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - -

13、- - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-18122022-6-18122022-6-1812第 3章 二極管及其基本電路 內(nèi)電場(chǎng)會(huì)促進(jìn)少子的漂移運(yùn)動(dòng)，也抑制了多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，雖然少子的量?jī)?nèi)電場(chǎng)會(huì)促進(jìn)少子的漂移運(yùn)動(dòng)，也抑制了多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，雖然少子的量很少，隨著漂移的增強(qiáng)，而擴(kuò)散是越來(lái)越弱，最終會(huì)達(dá)到一種平衡。此時(shí)我們很少，隨著漂移的增強(qiáng)，而擴(kuò)散是越來(lái)越弱，最終會(huì)達(dá)到一種平衡。此時(shí)我們?cè)谶@個(gè)空間就相當(dāng)于有這么一個(gè)結(jié)，這個(gè)結(jié)不是面，是一段寬度，這段寬度就在這個(gè)空間就相當(dāng)于有這么一個(gè)結(jié)，這個(gè)結(jié)不是面，是一段寬度，這段寬度就叫做叫做PNPN結(jié)結(jié)。N+ + + +

14、 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)(E)方向方向3.2.2 PN 3.2.2 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成2022-6-18132022-6-18132022-6-1813第 3章 二極管及其基本電路 PNPN結(jié)一方面阻礙多子的擴(kuò)散，另一方面加速少子的漂移結(jié)一方面阻礙多子的擴(kuò)散，另一方面加速少子的漂移 漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)N+ +

15、+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-18142022-6-18142022-6-1814第 3章 二極管及其基本電路 P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。間電荷區(qū)逐漸加寬。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。而漂移使

16、空間電荷區(qū)變薄。空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱(chēng)耗盡層。也稱(chēng)耗盡層。 漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E E 因?yàn)樵谝驗(yàn)樵赑NPN結(jié)上只剩下了正負(fù)離子結(jié)上只剩下了正負(fù)離子( (正負(fù)電荷正負(fù)電荷) )，也可以稱(chēng)作，也可以稱(chēng)作空間電荷空間電荷區(qū)區(qū) .N.N區(qū)中的導(dǎo)電電子為了進(jìn)入?yún)^(qū)中的導(dǎo)電電子為了進(jìn)入P P區(qū)，必須克服正離子的吸引和負(fù)離子的排區(qū)，必須克服正離子的吸引和負(fù)離子的排斥力。在粒子層建立后，斥力。在粒子層建立后，PNPN結(jié)內(nèi)的區(qū)域?qū)嶋H上已經(jīng)耗盡了導(dǎo)電電子和空穴，結(jié)內(nèi)的區(qū)域?qū)嶋H上已經(jīng)耗盡了導(dǎo)電電子和空穴，所以所以PNPN結(jié)也稱(chēng)作是結(jié)也稱(chēng)作是耗盡層耗盡層。N+ + + + + + + + + + + +

17、 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-18152022-6-18152022-6-1815第 3章 二極管及其基本電路 空間電荷層空間電荷層 在在P區(qū)和區(qū)和N區(qū)交界面上，留下了一層不能移動(dòng)的正、負(fù)區(qū)交界面上，留下了一層不能移動(dòng)的正、負(fù)離子。在介面上自由電子和空穴就結(jié)合了。離子。在介面上自由電子和空穴就結(jié)合了。 漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E E擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)N+ + +

18、 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-18162022-6-18162022-6-1816第 3章 二極管及其基本電路 形成電位勢(shì)壘形成電位勢(shì)壘勢(shì)壘勢(shì)壘V0電位電位V 電場(chǎng)的的方向是從電場(chǎng)的的方向是從髙髙電位往底電位走，電位往底電位走，就是從正離子往就是從正離子往負(fù)離子走負(fù)離子走，于是，于是N N區(qū)一邊的電位高于區(qū)一邊的電位高于P P區(qū)

19、一邊，如圖所示。區(qū)一邊，如圖所示。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-18172022-6-18172022-6-1817第 3章 二極管及其基本電路 當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時(shí)當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時(shí)a. 流過(guò)流過(guò)PN結(jié)的凈電流為零結(jié)的凈電流為零b. PN結(jié)的厚度一定（約幾個(gè)微米）結(jié)的厚度一定（約幾個(gè)微米）c. 接觸電位一定（

20、約零點(diǎn)幾伏）接觸電位一定（約零點(diǎn)幾伏）N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2022-6-18182022-6-18182022-6-1818第 3章 二極管及其基本電路 PN結(jié)形成過(guò)程動(dòng)畫(huà)演示結(jié)形成過(guò)程動(dòng)畫(huà)演示2022-6-18192022-6-18192022-6-1819第 3章 二極管及其基本電路 擴(kuò)散使擴(kuò)散使PNPN結(jié)變寬，使它

21、的內(nèi)電場(chǎng)變強(qiáng)，而漂移的結(jié)變寬，使它的內(nèi)電場(chǎng)變強(qiáng)，而漂移的作用又使空間電荷區(qū)變薄，最終作用又使空間電荷區(qū)變薄，最終PNPN結(jié)穩(wěn)定在一定的寬結(jié)穩(wěn)定在一定的寬度度. . P P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體一結(jié)合，在交界面上形成型半導(dǎo)體一結(jié)合，在交界面上形成了穩(wěn)定的電層，我們利用了穩(wěn)定的電層，我們利用PNPN結(jié)的這個(gè)特性結(jié)的這個(gè)特性了解它是如了解它是如何具備單向?qū)щ娦院尉邆鋯蜗驅(qū)щ娦?. 還要利用這個(gè)特性設(shè)計(jì)制造二極管和三極管。還要利用這個(gè)特性設(shè)計(jì)制造二極管和三極管。 2022-6-18202022-6-18202022-6-1820第 3章 二極管及其基本電路 1.1.空間電荷區(qū)中沒(méi)有載流子。

22、只剩下正負(fù)離子空間電荷區(qū)中沒(méi)有載流子。只剩下正負(fù)離子. . 2. 2.空間電荷區(qū)由于存在內(nèi)電場(chǎng)空間電荷區(qū)由于存在內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)阻礙內(nèi)電場(chǎng)阻礙P P區(qū)區(qū)中的空穴中的空穴( (多子多子) )運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng). .由于多子很多我們稱(chēng)作由于多子很多我們稱(chēng)作擴(kuò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)散運(yùn)動(dòng)。促進(jìn)了少子的漂移運(yùn)動(dòng)。促進(jìn)了少子的漂移運(yùn)動(dòng). .， 3. 3.P P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和N N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少都是少），數(shù)），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。量有限，因此由它們形成的電流很小。小結(jié)小結(jié)4.4.隨著內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越來(lái)越緩慢，此隨著內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越來(lái)越緩慢，此時(shí)它就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡時(shí)它就達(dá)到

23、了動(dòng)態(tài)平衡. .2022-6-18212022-6-18212022-6-1821第 3章 二極管及其基本電路 一個(gè)一個(gè)PNPN結(jié)就是一個(gè)二極管，在平衡狀態(tài)下，結(jié)就是一個(gè)二極管，在平衡狀態(tài)下，PNPN結(jié)中沒(méi)結(jié)中沒(méi)有電流。有電流。PNPN結(jié)最重要的特性是單向?qū)щ娞匦浴＝Y(jié)最重要的特性是單向?qū)щ娞匦?。?shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：PNPN結(jié)的導(dǎo)電性結(jié)的導(dǎo)電性。按如下方式進(jìn)行按如下方式進(jìn)行PNPN結(jié)導(dǎo)電性的實(shí)驗(yàn)，結(jié)導(dǎo)電性的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橐驗(yàn)镻NPN結(jié)加上封裝外殼和電極引線(xiàn)就是二極管，所以拿一個(gè)結(jié)加上封裝外殼和電極引線(xiàn)就是二極管，所以拿一個(gè)二極管來(lái)當(dāng)成二極管來(lái)當(dāng)成PNPN結(jié)。結(jié)。P P區(qū)為正極；區(qū)為正極；N N區(qū)為負(fù)極。對(duì)于

24、圖示的實(shí)區(qū)為負(fù)極。對(duì)于圖示的實(shí)驗(yàn)電路。驗(yàn)電路。二極管正向連接二極管正向連接二極管反向連接二極管反向連接3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?022-6-18222022-6-18222022-6-1822第 3章 二極管及其基本電路 仿真P 此時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光，說(shuō)明此時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光，說(shuō)明PNPN結(jié)結(jié)導(dǎo)電。導(dǎo)電。 若若P P區(qū)的電位區(qū)的電位高于高于N N區(qū)，電流從區(qū)，電流從P P區(qū)流到區(qū)流到N N區(qū)，區(qū)，PNPN結(jié)呈低結(jié)呈低阻性，所以電流大；阻性，所以電流大；PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置 當(dāng)外加直流電壓使當(dāng)外加直流電壓使PN結(jié)結(jié)P型半導(dǎo)體的一型半導(dǎo)體的一端的電位高于端的電位高于N型半導(dǎo)體一

25、端的電位時(shí)（也就是允許電流流型半導(dǎo)體一端的電位時(shí)（也就是允許電流流過(guò)過(guò)PN結(jié)結(jié)的條件），稱(chēng)的條件），稱(chēng)PN結(jié)正向偏置，簡(jiǎn)稱(chēng)正偏。結(jié)正向偏置，簡(jiǎn)稱(chēng)正偏。注：注：偏置就是指加在半導(dǎo)體元件上設(shè)置其工作條件的固定直偏置就是指加在半導(dǎo)體元件上設(shè)置其工作條件的固定直流電壓。流電壓。2022-6-18232022-6-18232022-6-1823第 3章 二極管及其基本電路 PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + +

26、+ + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2022-6-18242022-6-18242022-6-1824第 3章 二極管及其基本電路 - - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E 當(dāng)直流電源將二極管正向偏置后，由于靜電場(chǎng)的作用，當(dāng)直流電源將二極管正向偏置后，由于靜

27、電場(chǎng)的作用，電源的負(fù)端將電源的負(fù)端將N區(qū)中的導(dǎo)電電子推向區(qū)中的導(dǎo)電電子推向PN結(jié)，而電源的正端也結(jié)，而電源的正端也將將P區(qū)中的空穴推向區(qū)中的空穴推向PN結(jié)。結(jié)。正向電流正向電流2022-6-18252022-6-18252022-6-1825第 3章 二極管及其基本電路 當(dāng)外加的偏置電壓足以克服勢(shì)壘電位時(shí)，電子就有足夠當(dāng)外加的偏置電壓足以克服勢(shì)壘電位時(shí)，電子就有足夠的能量進(jìn)入耗盡層并越過(guò)的能量進(jìn)入耗盡層并越過(guò)PN結(jié)。與結(jié)。與P區(qū)中空穴復(fù)合。當(dāng)這些區(qū)中空穴復(fù)合。當(dāng)這些電子離開(kāi)電子離開(kāi)N區(qū)后，會(huì)有更多的電子從電源的負(fù)端流出。區(qū)后，會(huì)有更多的電子從電源的負(fù)端流出。- - - - - - -PN+ +

28、 + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2022-6-18262022-6-18262022-6-1826第 3章 二極管及其基本電路 因此，導(dǎo)電電子（多數(shù)載流子）朝著因此，導(dǎo)電電子（多數(shù)載流子）朝著PN結(jié)方向的移動(dòng)產(chǎn)結(jié)方向的移動(dòng)產(chǎn)生了生了N區(qū)的電流。這些導(dǎo)電電子進(jìn)入?yún)^(qū)的電流。這些導(dǎo)電電子進(jìn)入P區(qū)后與空穴復(fù)合，變成區(qū)后與空穴復(fù)合，變成價(jià)電子。然后，價(jià)電子會(huì)一個(gè)

29、一個(gè)空穴地向陽(yáng)極方向移動(dòng)。價(jià)電子。然后，價(jià)電子會(huì)一個(gè)一個(gè)空穴地向陽(yáng)極方向移動(dòng)。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2022-6-18272022-6-18272022-6-1827第 3章 二極管及其基本電路 價(jià)電子的移動(dòng)實(shí)際上產(chǎn)生了空穴反方向的移動(dòng)。所以?xún)r(jià)電子的移動(dòng)實(shí)際上產(chǎn)生了空穴反方向的移動(dòng)。所以P區(qū)區(qū)中電流是由空穴

30、（多數(shù)載流子）朝著中電流是由空穴（多數(shù)載流子）朝著PN結(jié)方向移動(dòng)產(chǎn)生的。結(jié)方向移動(dòng)產(chǎn)生的。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2022-6-18282022-6-18282022-6-1828第 3章 二極管及其基本電路 PN結(jié)正偏動(dòng)畫(huà)演示結(jié)正偏動(dòng)畫(huà)演示外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)耗盡層變窄耗盡層變窄擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)

31、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子擴(kuò)散形成正向電流多子擴(kuò)散形成正向電流I I F FPN結(jié)內(nèi)的電流由起支配地位的擴(kuò)散電流決定，稱(chēng)為正向電流。結(jié)內(nèi)的電流由起支配地位的擴(kuò)散電流決定，稱(chēng)為正向電流。2022-6-18292022-6-18292022-6-1829第 3章 二極管及其基本電路 此時(shí)發(fā)光二極管不發(fā)光，說(shuō)明此時(shí)發(fā)光二極管不發(fā)光，說(shuō)明PNPN結(jié)結(jié)不導(dǎo)電。這個(gè)實(shí)驗(yàn)不導(dǎo)電。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明說(shuō)明PNPN結(jié)（二極管）具有單向?qū)щ娦?。結(jié)（二極管）具有單向?qū)щ娦浴?若若P P區(qū)的電位區(qū)的電位低于低于N N區(qū)，電流從區(qū)，電流從N N區(qū)流到區(qū)流到P P區(qū)，區(qū)，PNPN結(jié)呈高結(jié)呈高阻性，所以電流小。阻性，所以電流小。PN結(jié)反

32、向偏置結(jié)反向偏置 當(dāng)外加直流電壓使當(dāng)外加直流電壓使PN結(jié)結(jié)N型半導(dǎo)體的一型半導(dǎo)體的一端的電位高于端的電位高于P型半導(dǎo)體一端的電位時(shí)（阻止電流流過(guò)型半導(dǎo)體一端的電位時(shí)（阻止電流流過(guò)PN結(jié)結(jié)的偏置條件），稱(chēng)的偏置條件），稱(chēng)PN結(jié)反向偏置，簡(jiǎn)稱(chēng)反偏。結(jié)反向偏置，簡(jiǎn)稱(chēng)反偏。仿真P2PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 2022-6-18302022-6-18302022-6-1830第 3章 二極管及其基本電路 PN結(jié)變寬結(jié)變寬2PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 反向偏置是阻止電流流過(guò)反向偏置是阻止電流流過(guò)PN結(jié)的偏置條件。結(jié)的偏置條件。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - -

33、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2022-6-18312022-6-18312022-6-1831第 3章 二極管及其基本電路 由于異性電荷相互吸引，電源的負(fù)端吸引由于異性電荷相互吸引，電源的負(fù)端吸引P區(qū)中的空穴，區(qū)中的空穴，而電源的正端吸引而電源的正端吸引N區(qū)中的電子，使空穴和電子均遠(yuǎn)離區(qū)中的電子，使空穴和電子均遠(yuǎn)離PN結(jié)。結(jié)。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - -

34、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2022-6-18322022-6-18322022-6-1832第 3章 二極管及其基本電路 因此，耗盡層變寬，因此，耗盡層變寬，N區(qū)中的正離子和區(qū)中的正離子和P區(qū)中的負(fù)離子區(qū)中的負(fù)離子增加，直到兩邊的勢(shì)壘差等于外加偏置電壓。因此，當(dāng)二極增加，直到兩邊的勢(shì)壘差等于外加偏置電壓。因此，當(dāng)二極管反相偏置時(shí)，耗盡層相當(dāng)于兩個(gè)反相的帶電離子層之間的管反相偏置時(shí)

35、，耗盡層相當(dāng)于兩個(gè)反相的帶電離子層之間的絕緣體。絕緣體。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2022-6-18332022-6-18332022-6-1833第 3章 二極管及其基本電路 內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)PN結(jié)變寬結(jié)變寬PN結(jié)呈現(xiàn)高阻、結(jié)呈現(xiàn)高阻、截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)不利多子擴(kuò)散不利多子擴(kuò)散有利少子漂移有利少子漂移2PN

36、結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)耗盡層變寬耗盡層變寬漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2022-6-18342022-6-18342022-6-1834第 3章 二極管及其基本電路 因少子濃度主要與溫度有關(guān)，此電流稱(chēng)為反向飽

37、和電流。因少子濃度主要與溫度有關(guān)，此電流稱(chēng)為反向飽和電流。有時(shí)候稱(chēng)作漏電流。這個(gè)漏電流的多少基本上是由本征激發(fā)有時(shí)候稱(chēng)作漏電流。這個(gè)漏電流的多少基本上是由本征激發(fā)所決定的所決定的.- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +E2022-6-18352022-6-18352022-6-1835第 3章 二極管及其基本電路 PN結(jié)反偏

38、動(dòng)畫(huà)演示結(jié)反偏動(dòng)畫(huà)演示由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦?PN結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電有較大的正向擴(kuò)散電流；流；PN結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電有很小的反向漂移電流。流。由此可以得出結(jié)由此可以得出結(jié)論：論：PN結(jié)具有單向?qū)ЫY(jié)具有單向?qū)щ娦?。電性。演示演示A02204 PN結(jié)加反向電壓時(shí)的結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況導(dǎo)電情況2022-6-18372022-6-18372022-6-1837第 3章 二極管及其基本電路 按電容的定義按電容的定義 dUdQCUQC

39、或 即電壓變化將引起電荷變化, 從而反映出電容效應(yīng)。由由于二極管的兩個(gè)極靠的就是于二極管的兩個(gè)極靠的就是PNPN結(jié)，所以極間電容也稱(chēng)作結(jié)，所以極間電容也稱(chēng)作結(jié)電結(jié)電容容，而結(jié)兩端加上電壓, 結(jié)內(nèi)就有電荷的變化, 說(shuō)明結(jié)具有電容效應(yīng)。結(jié)極間電容主要極間電容主要具有是兩部分是兩部分兩種電容： 一部分稱(chēng)作一部分稱(chēng)作勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容，一個(gè)叫做，一個(gè)叫做擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容。3.2.5 PNPN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)2022-6-18382022-6-18382022-6-1838第 3章 二極管及其基本電路 1.1.勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容C CB BWSdUdQCB 勢(shì)壘電容：勢(shì)壘電容：當(dāng)外加電壓發(fā)生改變了，

40、當(dāng)外加電壓發(fā)生改變了，PNPN結(jié)的寬度也要相應(yīng)結(jié)的寬度也要相應(yīng)發(fā)生改變，發(fā)生改變， PNPN結(jié)中里面的正負(fù)電荷數(shù)量要隨之而改變，電結(jié)中里面的正負(fù)電荷數(shù)量要隨之而改變，電荷的改變就好像是電容在充、放電。這顯示出來(lái)就是一種電荷的改變就好像是電容在充、放電。這顯示出來(lái)就是一種電容效應(yīng)，把這種電容效應(yīng)就稱(chēng)作是容效應(yīng)，把這種電容效應(yīng)就稱(chēng)作是勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容。 勢(shì)壘區(qū)勢(shì)壘區(qū)就是積累空間電荷的區(qū)域，也就是就是積累空間電荷的區(qū)域，也就是PNPN結(jié)，當(dāng)外界電結(jié)，當(dāng)外界電壓發(fā)生變化時(shí)候，壓發(fā)生變化時(shí)候，PNPN結(jié)中的電荷量發(fā)生變化，表現(xiàn)出來(lái)的電結(jié)中的電荷量發(fā)生變化，表現(xiàn)出來(lái)的電容就是容就是勢(shì)壘勢(shì)壘電容。用電容。用

41、B B表示。理論推導(dǎo)表示。理論推導(dǎo) 2022-6-18392022-6-18392022-6-1839第 3章 二極管及其基本電路 阻擋層內(nèi)電荷量隨外加電壓變化阻擋層內(nèi)電荷量隨外加電壓變化 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容是由阻擋層內(nèi)空間電荷引起的?？臻g電荷區(qū)是是由阻擋層內(nèi)空間電荷引起的?？臻g電荷區(qū)是由不能移動(dòng)的正負(fù)雜質(zhì)離子所形成的由不能移動(dòng)的正負(fù)雜質(zhì)離子所形成的, ,均具有一定的電荷量均具有一定的電荷量, , 所以在結(jié)儲(chǔ)存了一定的電荷所以在結(jié)儲(chǔ)存了一定的電荷, , 當(dāng)外加電壓使阻擋層變寬當(dāng)外加電壓使阻擋層變寬時(shí)時(shí), , 電荷量增加電荷量增加, , 如圖所示如圖所示. .2022-6-18402022-6-18402022-6-1840第 3章 二極管及其基本電路 勢(shì)壘電容和外加電壓的關(guān)系 B2022-6-18412022-6-18412022-6-1841第 3章 二極管及其基本電路 2 2擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容C CD DP P區(qū)