PN結(jié)工作原理

1、一.P-N結(jié)合 (1) (2) 但若將數(shù)片P或N型半導(dǎo)體加以適當(dāng)?shù)慕M合，則會(huì)產(chǎn)生各種不同的物理特性，而使半導(dǎo)體零件的功能更多彩多姿。今天我們要先看看把一塊P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合起來(lái)的情況。,PN結(jié)工作原理,P型,N型,(3) 當(dāng)一塊P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合起來(lái)時(shí)（P型摻雜硼是受主、N型摻雜磷是施主），如下圖所示，由于P型半導(dǎo)體中有很多的電洞，而N型半導(dǎo)體中有許多電子，所以當(dāng)P-N結(jié)合起來(lái)時(shí)，結(jié)合面附近的電子會(huì)填入電洞中，P-N結(jié)合起來(lái)時(shí)，如下圖a)所示。,或許你會(huì)以為N型半導(dǎo)體中的電子會(huì)不斷的透過(guò)接合面與電洞結(jié)合，直到所有的電子或電洞 消失為止。事實(shí)上，靠近接合面的N型半導(dǎo)體失去了電子后

2、就變成正離子，P型半導(dǎo)體失去了一些電洞后就變成負(fù)離子，如上圖(b)所示。,PN結(jié)工作原理,此時(shí)正離子會(huì)排斥電洞，負(fù)離子會(huì)排斥電子，因而阻止了電子、電洞的繼續(xù)結(jié)合，而產(chǎn)生平衡之狀態(tài)。 (4) 在P-N接合面(P-Njunction)附近沒(méi)有載體(電子或電洞)，只有離子之區(qū)域稱(chēng)為空乏區(qū)(depletioNregion) 。 (5) 空乏區(qū)的離子所產(chǎn)生的阻止電子、電洞通過(guò)接合面的力量，稱(chēng)為障礙電位(potential barrier) 。障礙電位視半導(dǎo)體的摻雜程度而定，一般而言，Ge 的P-N接合面約為0.20.3V，而Si 的P-N接合面約為0.60.7V。,二.正向偏壓 (1) 若把電池的正端接

3、P型半導(dǎo)體，而把負(fù)端接N型半導(dǎo)體，如下圖,PN結(jié)工作原理,2) 若外加電源E 足夠大而克服了障礙電位，則由于電池的正端具有吸引電子而排斥電洞的特性，電池的負(fù)端有吸引電洞而排斥電子之特性，因此N型半導(dǎo)體中的電子會(huì)越過(guò)P-N接合面而進(jìn)入P 型半導(dǎo)體與電洞結(jié)合，同時(shí)，電洞也會(huì)通過(guò)接合面而進(jìn)入N型半導(dǎo)體內(nèi)與電子結(jié)合，造成很大的電流通過(guò)P-N接合面。 (3) 因?yàn)殡姵氐呢?fù)端不斷的補(bǔ)充電子給N型半導(dǎo)體，電池的正端則不斷的補(bǔ)充電洞給P型半導(dǎo)體，(實(shí)際上是電池的正端不斷的吸出P型半導(dǎo)體中之電子，使P 型半導(dǎo)體中不斷產(chǎn)生電洞) ，所以通過(guò)P-N接合面的電流將持續(xù)不斷。 (4) P-N接合在加上正向偏壓時(shí)，所通過(guò)

4、之電流稱(chēng)為正向電流(IF) 。,PN結(jié)工作原理,三.反向偏壓 (1) 現(xiàn)在如果我們把電池的正端接N而負(fù)端接P，則電子、電洞將受到E之吸引而遠(yuǎn)離接合面，空乏區(qū)增大，而不會(huì)有電子或電洞越過(guò)接合面產(chǎn)生接合，如下圖所示，此種外加電壓之方式稱(chēng)為反向偏壓。,(2) 當(dāng)P-N接合面被加上反向偏壓時(shí)，理想的情形應(yīng)該沒(méi)有反向電流(Ir=0)才對(duì)，然而，由于溫度的引響，熱能在半導(dǎo)體中產(chǎn)生了少數(shù)的電子電洞對(duì)，而于半導(dǎo)體中有少數(shù)載體存在。在P-N接合面被接上反向偏壓時(shí)，N型半導(dǎo)體中的少數(shù)電洞和P 型半導(dǎo)體中的少數(shù)電子恰可以通過(guò)P-N接合面而結(jié)合，故實(shí)際的P-N接合再加上反向偏壓時(shí)，會(huì)有一”極小”之電流存在。此電流稱(chēng)為漏電電流，在廠商的資料中多以Ir表之。 注 ：在實(shí)際應(yīng)用時(shí)多將Ir忽略,而不加以考慮。,PN結(jié)工作原理,(3) Ir與反向偏壓之大小無(wú)關(guān)，卻與溫度有關(guān)。硅，每當(dāng)溫度升高10，IR就增加為原來(lái)的兩倍。,四.崩潰 (Breakdown) (1) 理想中，P-N接合加上反向偏壓時(shí)，只流有一甚小且與電壓無(wú)關(guān)之漏電電流Ir.。但是當(dāng)我們不斷把反向電壓加大時(shí)，少數(shù)載體將獲得足夠的能量而撞擊、破壞共價(jià)鍵，而產(chǎn)生大量的電子一對(duì)洞對(duì)。此新生產(chǎn)之對(duì)子及電洞可從大反向偏壓中獲得足夠的能量去破壞其它共價(jià)鍵，這種過(guò)程不斷重復(fù)的結(jié)果，反向電流將大量增加，此種現(xiàn)象稱(chēng)為擊穿或崩潰。 (2) P-N