PN结的形成及特性.ppt

1.1.3 PN结的形成及特性结的形成及特性 一、一、 PN结的形成结的形成 二二、 PN结的单向导电性结的单向导电性 四、四、 PN结的伏安特性结的伏安特性 五、五、 PN结的电容效应结的电容效应 三、三、 PN结的电流方程结的电流方程 电子技术论坛 电子发烧友扩散运动复合多子浓度下降正、负离子区空间电荷区（电位差）内电场（方向及大小）漂移运动动态平衡扩散多子＝漂移少子扩散电流＝漂移电流对称结不对称结一、 PN结的形成结的形成 电子技术论坛 电子发烧友 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质, ,分别分别形成形成N型半导体和型半导体和P型半导体此时将在型半导体此时将在N型半导体和型半导体和P型型半导体的结合面上形成如下物理过程半导体的结合面上形成如下物理过程: : 因浓度差因浓度差空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场   内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移  内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。

对于对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面，离型半导体结合面，离子薄层形成的子薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称称耗尽层耗尽层 多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区   电子技术论坛 电子发烧友二、二、 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PNPN结中结中P P区的电位高于区的电位高于N N区的电位，称为加区的电位，称为加正正向电压向电压，简称，简称正偏正偏；反之称为加；反之称为加反向电压反向电压，简称，简称反偏反偏 PN结加正向电压时：结加正向电压时：• 低电阻低电阻• 大的正向扩散电流大的正向扩散电流PN 结的伏安特性结的伏安特性 电子技术论坛 电子发烧友 1. PN结加正向电压时的导电情况 外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场（空间电荷区）于是,内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。

扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结导通，呈现低阻性 限流电阻 结压降 电子技术论坛 电子发烧友 2. PN结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场（空间电荷区）内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小 此时PN结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性 电子技术论坛 电子发烧友PN结的伏安特性结的伏安特性 PN结加反向电压时：结加反向电压时：• 高电阻高电阻• 很小的反向漂移电流很小的反向漂移电流 在一定的温度条件下，由本征激发决定的在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流 电子技术论坛 电子发烧友 PN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。

具有很小的反向漂移电流 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单结具有单向导电性向导电性 电子技术论坛 电子发烧友 三、三、 PN结的电流方程结的电流方程 PN结结V- I 特性表达式特性表达式其中其中IS ——反向饱和电流反向饱和电流UT——温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T=300K）） 电子技术论坛 电子发烧友四、四、 PN结的伏安特性结的伏安特性PN结结外加外加 正向电压：指数规律正向电压：指数规律 反向电压：直线反向电压：直线 当的反向电压增加到一定当的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为加，此现象称为PNPN结的结的反向击反向击穿热击穿（大电流）热击穿（大电流）——不可逆不可逆 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿 电击穿电击穿——可逆可逆PN结的伏安特性曲线结的伏安特性曲线 电子技术论坛 电子发烧友齐纳击穿：高参杂，耗尽层窄，低反向（击穿）电压， 激发价电子（拉出），产生电子空穴对，反 向电流增大。

雪崩击穿：低掺杂，耗尽层宽，高反向（击穿）电压， 碰撞价电子（撞出），产生电子空穴对，多 次重复，反向电流增大 电子技术论坛 电子发烧友 PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定 一是势垒电容Cb ， 二是扩散电容Cd 五、五、 PN结的电容效应结的电容效应 电子技术论坛 电子发烧友1. 势垒电容Cb 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的 当外加反向电压（漂移）使PN结上压降发生变化时，耗尽层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电（变容二极管） 电子技术论坛 电子发烧友 PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子（非平衡少子），与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，到远离交界面处，形成一定的浓度梯度分布曲线电压增大，正向（扩散）电流增大2. 扩散电容Cd扩散电容示意图扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。

电子技术论坛 电子发烧友扩散电容示意图 当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当电容的充放电过程 势垒电容和扩散电容均是非线性电容 反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线 电子技术论坛 电子发烧友P区（非平衡）少子浓度分布曲线Cj=Cb+Cd影响高频信号与i、UT、Cd等有关 电子技术论坛 电子发烧友。