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PN结的形成及导电特性

 zysf 2011-08-26

PN结的形成
在一块本征半导体中,掺以不同的杂质,使其一边成为P型,另一边成为N型,在P区和N区的交界面处就形成了一个PN结。

扩散运动:由于载流子浓度差的存在,P型区的空穴(多子)向N型区扩散,并与 N区的自由电子复合;N型区的电子(多子)向P型区扩散,并与 P区的空穴复合。扩散运动使P区失去空穴,留下负离子,N区失去电子,留下正离子,形成一个很薄的空间电荷区(PN结)。在这个区域内,多数载流子或已扩散到对方,或被对方扩散过来的多数载流子(到了本区域后即成为少数载流子了)复合掉了,即多数载流子被消耗尽了,所以又称此区域为耗尽层,它的电阻率很高,为高电阻区。

漂移运动

空间电荷区的正负离子间形成了一个内电场,从N区指向P区,对扩散运动起阻碍作用,同时,该电场使P区电子(少子)向N区漂移,N区空穴(少子)向P区漂移,漂移运动使空间电荷减少,空间电荷区变窄。
扩散运动使空间电荷区变宽,内电场增强,扩散阻力增大,漂移运动增强,而漂移运动使空间电荷区变窄,内电场减弱,扩散运动增强,当达到动态平衡时,空间电荷区的宽度一定。
PN结的宽度一般为0.5um 

PN结的单向导电性
PN结加正向电压(正向偏置)

正向偏置即外加电压的正极接 P区一侧,负极接 N区一侧,PN结正偏时,两边的多子被推向PN结,空间电荷区变窄,内电场减弱,扩散运动加强,漂移运动减弱,形成较大的正向电流 If,且随外加电压而变化。
当外加正向电压增加到一定数值后,正向电流将大大增加,此时,外加正向电压只要有微小的变化,便能使正向电流发生显著变化。因此,在正向偏置时,PN结呈现一个很小的电阻。

PN结加反向电压(反向偏置)

外加电压的正极接 N区,负极接 P区,称为反向偏置,PN结反偏时,外加电场与内电场方向一致,两边的多子被拉离PN结,空间电荷区变宽,内电场增强,扩散运动减弱,漂移运动增强,形成很小的漂移电流IR(反向电流),电压增高时,反向电流增加不大(少子数量有限)。
因为少数载流子的浓度很低,所以反向电流很小,一般为 uA数量级。同时,少数载流子由本征激发产生,温度一定时,少数载流子浓度将不变,因此反向电流几乎不随外加电压而变化,故又称为反向饱和电流。
PN结的单向导电性 :
PN结外加正偏电压时,形成较大的正向电流,PN结呈现较小的正向电阻;外加反偏电压时,反向电流很小,PN结呈现很大的反向电阻。所以说,PN结具有单向导电性。
PN结的反向击穿: 
PN结外加的反向电压超过一定数值后,反向电流将急剧增加,发生反向击穿现象,单向导电性被破坏。
外加电场与 PN结内电场方向相反,在外加电场作用下,扩散运动与漂移运动的动态平衡被打破,使扩散运动占优势,于是将有较多的空穴从 P区向 N区扩散,较多的电子从 N区向 P区扩散。当 P区空穴进入空间电荷区时,要和部分负离子中和,使空间负电荷量减少。同样,N区的电子进入空间电荷区后,要和部分正离子中和,使空间正电荷量减少,结果使空间电荷区变窄。

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