PN结的形成

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1.2 PN,结,1.2.1,PN,结的形成,将一块,P,型半导体和,N,型半导体紧密连接在一起，这种紧密连接不能有缝隙，是一种原子半径尺度上的紧密连接。,此时将在,N,型半导体和,P,型半导体的结合面上,形成如下物理过程,。,N,型半导体中的多子电子的浓度远大于,P,型半导体中少子电子,的浓度；,P,型半导体中多子空穴的浓度远大于,N,型半导体中少子空穴的浓度。于是在两种半导体的界面上会因载流子的浓度差发生了,扩散运动,，见左图。,图中兰色小圆为多子电子；红色小圆为多子空穴。,扩散电流,随着扩散运动的进行，在界面,N,区的一侧，随着电子向,P,区的扩散，杂质变成正离子；在界面,P,区的一侧，随着空穴向,N,区的扩散，杂质变成负离子。杂质在晶格中是不能移动的，所以在,N,型和,P,型半导体界面的,N,型区一侧会形成正离子薄层；在,P,型区一侧会形成负离子薄层。这种离子薄层会形成一个电场，方向是从,N,区指向,P,区，称为,内电场，,见左上图。,内电场的出现及内电场的方向会对扩散运动产生阻碍作用，限制了扩散运动的进一步发展。在半导体中还存在少子，内电场的电场力会对少子产生作用，促使少数载流子产生,漂移运动,。,内电场,内电场,漂移电流,漂移电流的方向正好与扩散电流的方向相反，扩散运动越强，内电场越强，对扩散运动的阻碍就越强；内电场越强，理应漂移电流就越大。因少数载流子的浓度与温度有关，在一定的温度条件下，少数载流子的浓度一定，所以漂移电流的大小就一定，不会随内电场加大而继续加大。从而在某个温度条件下，扩散和漂移会达到动态平衡，扩散电流和漂移电流相等。,内电场,扩散电流,漂移电流,扩散电流,漂移电流,可以用下列箭头来描述这一过程,因浓度差,形成多子的扩散运动,杂质离子形成空间电荷区,我们称从,N,区指向,P,区的内电场为,PN,结,。因为离子薄层中的多数载流子已经扩散尽了，缺少多子，所以这个离子薄层也称为,耗尽层,。所以,PN,结有许多别名，离子薄层、空间电荷区、耗尽层、内电场等等。,以上,PN,结的形成过程可以通过动画进一步学习。,动画,1-3,空间电荷区形成内电场,内电场促使少子漂移,内电场阻止多子扩散 达到动态平衡,1.2.2,PN,结的单向导电性,PN,结最重要的特性是单向导电特性，先看如下实验。,实验,：,PN,结的导电性,。按如下方式进行,PN,结导电性的实验，因为,PN,结加上封装外壳和电极引线就是二极管，所以拿一个二极管来当成,PN,结。,P,区为正极；,N,区为负极。对于图示的实验电路，（表示二极管负极的黑色圆环在右侧。此时发光二极管导通而发光。,电源正极,二极管负极黑色圆环标记在右侧,发光二极管发光,此时发光二极管不发光，说明,PN,结不导电。这个实验说明,PN,结（二极管）具有单向导电性。,将,PN,结左右翻转,180,，二极管负极接电源正极，黑色标记在左侧。,发光二极管熄灭,PN,结具有单向导电性，若,P,区的电位高于,N,区，,电流从,P,区流到,N,区，,PN,结呈低阻性，所以电流大；若,P,区的电位低于,N,区，,电流从,N,区流到,P,区，,PN,结呈高阻性，所以电流小。,如果外加电压使：,PN,结,P,区的电位高于,N,区的电位称为加,正向电压，简称,正偏,；,PN,结,P,区的电位低于,N,区的电位称为加,反向电压，简称,反偏,。,下面对,PN,结的单向导电性进行解释。,1.2.2.1 PN,结加正向电压时的导电情况,PN,结加正向电压时的导电情况如图所示。,外电场,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。于是，内电场对多数载流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,结呈现低阻性。,内电场,内电场,I,F,1.2.2.2 PN,结加反向电压时的导电情况,PN,结加反向电压时的导电情况如图所示。,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。,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。,内电场,I,S,外电场,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,反向饱和电流,I,S,。,动画,1-4,内电场,