pn結(jié)原理是什么

1.2.1 PN結(jié)的形成

??? 在一塊本征半導體的兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結(jié)合面上形成如下物理過程:

???????因濃度差

?????????? ↓

???? 多子的擴散運動?由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

???????????????????????? ↓

???????????? 空間電荷區(qū)形成形成內(nèi)電場

?????????????? ↓?????????????????? ↓

?? 內(nèi)電場促使少子漂移??????? 內(nèi)電場阻止多子擴散

??? 最后，多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。在P型半導體和N型半導體的結(jié)合面兩側(cè)，留下離子薄層，這個離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。PN結(jié)的內(nèi)電場方向由N區(qū)指向P區(qū)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。PN結(jié)形成的過程可參閱圖01.06。

圖01.06 PN結(jié)的形成過程（動畫1-3）如打不開點這兒（壓縮后的）

1.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?

?? PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓?a href="http://www.ttokpm.com/tags/電流/" target="_blank">電流從P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)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；

?? PN結(jié)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)加正向電壓時的導電情況

PN結(jié)加正向電壓時的導電情況如圖01.07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)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。

圖01.07 PN結(jié)加正向電壓時的導電情況(動畫1-4),如打不開點這兒（壓縮后的）

(2) PN結(jié)加反向電壓時的導電情況

PN結(jié)加反向電壓時的導電情況如圖01.08所示。

??? 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，加強了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，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)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；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?

圖01.08 PN結(jié)加反向電壓時的導電情況(動畫1-5),如打不開點這兒（壓縮后的）

1.2.3 PN結(jié)的電容效應

?? PN結(jié)具有一定的電容效應，它由兩方面的因素決定。一是勢壘電容CB ，二是擴散電容CD 。

(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地隨之改變，這相當PN結(jié)中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖01.09。

圖01.09 勢壘電容示意圖

(2) 擴散電容CD

?? 擴散電容是由多子擴散后，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)擴散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴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。擴散電容的示意圖如圖01.10所示。

?? 當外加正向電壓不同時，擴散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當電容的充放電過程。勢壘電容和擴散電容均是非線性電容。