PN结的形成在室温下,P型半导体内每一个受主杂质将产生一 个空穴,同时形成一个负离子;N型半导体内每一个施主杂质将产 生一个自由电子,同时形成一个正离子。于是,在两种杂质半导 体的交界处,由于P型半导体(又称P区)内空穴为多子,N型半导 体(又称N区)内电子为多子,存在很大的浓度差,所以,空穴将 越过交界面由P区向N区运动。同理,电子也会由N区向P区运动, 通常把这种现象称为扩散。 受主杂质负离子 电子扩散 施主杂质正离子 P区 N区 本征激发 P区多子(空穴) P区少子(电子) ②②②②②② N区少子(空穴) 本征激发 999②②②②② N区多子(电子) 空穴扩散 载流子分布浓度差引起扩散运动
¾ PN结的形成——在室温下，P型半导体内每一个受主杂质将产生一 个空穴，同时形成一个负离子；N型半导体内每一个施主杂质将产 生一个自由电子，同时形成一个正离子。于是，在两种杂质半导 体的交界处，由于P型半导体（又称P区）内空穴为多子，N型半导 体（又称N区）内电子为多子，存在很大的浓度差，所以，空穴将 越过交界面由P区向N区运动。同理，电子也会由N区向P区运动， 通常把这种现象称为扩散。 ------ ++++++ ++++++ + ++++++ +++++ P区 N区 电子扩散 空穴扩散 施主杂质正离子 受主杂质负离子 P区多子（空穴） 本征激发 P区少子（电子） 本征激发 N区少子（空穴） N区多子（电子） -- - - - - ------ ------ 载流子分布浓度差引起扩散运动
扩散运动的结果,一是进入对方区域后,多子身 份变成为少子,很快就被复合掉了;另一个是在 交界面两侧留下了不能移动的正负离子区,亦称 空间电荷区,如下图所示 P区「(空间电荷区)N区 内建电场 平衡状态下的PN结
扩散运动的结果，一是进入对方区域后，多子身 份变成为少子，很快就被复合掉了；另一个是在 交界面两侧留下了不能移动的正负离子区，亦称 空间电荷区，如下图所示。 -- - - - ---- - ---- - ----- + ++++ + ++++ + ++++ +++++ P区 N区 - - - - + + + + 耗尽区 （空间电荷区） E 内建电场 平衡状态下的PN结
这个区域的载流子因扩散和复合而消耗掉了,所以又称为耗尽 区。在交界面两边的正负电荷间必然有电场存在,这个电场称 为内建电场,电场方向由N区指向P区,它所产生的电位差U( 又叫接触电位差)使N区的电位高于P区的电位。由图可见,这 个电场具有阻止多数载流子扩散的作用。所以,人们又把耗尽 区称为势垒区或位垒区。与此同时,内电场将使N区的少子空穴 向P区运动,使P区的少子电子向N区运动,通常把这种现象称为 漂移。漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。由扩散运 动形成的电流,称为扩散电流;由漂移运动形成的电流,称为 漂移电流。这两种电流方向相反。当这两种电流相等时,达到 了动态平衡,此时势垒区的宽度也就确定下来了。PN结就是指 的势垒区,通常很薄,约为数十微米,其接触电位差的大小与 半导体材料、掺杂浓度和环境温度有关。在室温下,硅材料PN 结的接触电位差U=0.6~0.8V,锗材料PN结的Ub=0.1~0.3V, 温度每升高1℃,电位差降低约2mV。 >PN结的单向导电性 1)PN结外加正向电压(PN结导通)
这个区域的载流子因扩散和复合而消耗掉了，所以又称为耗尽 区。在交界面两边的正负电荷间必然有电场存在，这个电场称 为内建电场，电场方向由N区指向P区，它所产生的电位差U D （ 又叫接触电位差）使N区的电位高于P区的电位。由图可见，这 个电场具有阻止多数载流子扩散的作用。所以，人们又把耗尽 区称为势垒区或位垒区。与此同时，内电场将使N区的少子空穴 向P区运动，使P区的少子电子向N区运动，通常把这种现象称为 漂移。漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。由扩散运 动形成的电流，称为扩散电流；由漂移运动形成的电流，称为 漂移电流。这两种电流方向相反。当这两种电流相等时，达到 了动态平衡，此时势垒区的宽度也就确定下来了。PN结就是指 的势垒区，通常很薄，约为数十微米，其接触电位差的大小与 半导体材料、掺杂浓度和环境温度有关。在室温下，硅材料PN 结的接触电位差U D＝0.6～0.8V，锗材料PN结的U D＝0.1～0.3V， 温度每升高1℃，电位差降低约2mV。 ¾ PN结的单向导电性 1) PN结外加正向电压（PN结导通）
电源电压通过限流电阻加在半导体的 两端,其正极接P,负极接N。电源的 这种接法称为外加正向电压,也叫正 向偏置,简称“正偏”,如右图所示。 由图可知,外加电压的极性与势垒的 极性相反。P区的多子(空穴)在正极 外电场 性电压的驱使下进入势垒区;N区的多 子(电子)在负极性电压的驱动下也 ⊕⊕ 进入势垒区,这将使势垒区的部分正 e 负离子被中和,导致势垒区变窄, 势垒降低,有利于多数载流子的扩散 自建场 运动,形成较大的扩散电流。但势垒 (1) 区的变窄,内电场的减弱,却不利于 少子的漂移运动,致使漂移运动电流 PN结外加正向电压 可以忽略。正向电压下的电流称为正 向电流,因此正向电流主要由扩散电 流构成,它随着正向电压的增加而增 大
电源电压通过限流电阻加在半导体的 两端，其正极接P，负极接N。电源的 这种接法称为外加正向电压，也叫正 向偏置，简称 “正偏 ”，如右图所示。 由图可知，外加电压的极性与势垒的 极性相反。P区的多子（空穴）在正极 性电压的驱使下进入势垒区；N区的多 子（电子）在负极性电压的驱动下也 进入势垒区，这将使势垒区的部分正 、负离子被中和，导致势垒区变窄， 势垒降低，有利于多数载流子的扩散 运动，形成较大的扩散电流。但势垒 区的变窄，内电场的减弱，却不利于 少子的漂移运动，致使漂移运动电流 可以忽略。正向电压下的电流称为正 向电流，因此正向电流主要由扩散电 流构成，它随着正向电压的增加而增 大。 PN结外加正向电压
它的关系是指数关系: n=l 其中:L为流过型N结电流,U为PN结两端的电压, U=kT/q称为温度电压当量,其中,k为波尔兹曼常数, T为绝对温度,q为电子电量,在室温下(300K)时 U=26mV,I为反向饱和电流。所以,PN结加正向偏压时 是导电的,它所呈现的电阻为正向电阻 2)ⅨN结外加反向电压(PN结截止) 外电场 ⊕出ee 如果将外部电压的负端接P区,正 N④出ee 4⊕ee 端接N区,称为外加反向电压,或 称反向偏置(反偏),如右图所示 自建场 (2) PN结外加反向电压
它的关系是指数关系： 其中：ID为流过PN结电流，U为PN结两端的电压， UT=kT/q称为温度电压当量，其中，k为波尔兹曼常数， T为绝对温度，q为电子电量，在室温下（300K）时 UT=26mV，IS为反向饱和电流。所以，PN结加正向偏压时 是导电的,它所呈现的电阻为正向电阻。 2） PN结外加反向电压 （PN结截止） 如果将外部电压的负端接P区，正 端接N区，称为外加反向电压，或 称反向偏置（反偏），如右图所示 。 PN结外加反向电压 UT U sD = eII