2022-2023学年高二物理竞赛课件：PN的形成及特性

PN的形成及特性 2 PN的形成及特性 PN结形成过程 说明： （1）在空间电荷区，多子已扩散到对方区域并被复合掉，或者说消耗掉，故空间电荷区又称为耗尽层。 （2）空间电荷区中内电场对P区空穴和N区电子的扩散有阻碍作用，故又称空间电荷区为阻挡层。 （3）电子要从N区到P区，必须越过一个能量高坡（电子势能=qV0---V0为空间电荷区两端的电位差），即势垒，故也称空间电荷区为势垒区。 （4）如果P区和N区的杂质浓度相同，那么空间电荷区左右对称，此时PN结为对称性PN结；否则，即为非对称性PN结。 北华航天工业学院 3 PN的形成及特性 PN结的单向导电性 上述所讨论的当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时所形成的PN结为平衡PN结。而PN结的单向导电性只有存在外加电压时才能显示出来。 PN结的单向导电性：外加正向电压时，从P区流到N区的电流很大，PN结呈现的电阻很小；外加反向电压时，从N区流到P区的电流很小， PN结呈现的电阻很大。 北华航天工业学院 4 半导体二极管及其基本电路 PN的形成及特性 PN结的单向导电性 说明： （1）正向电压：电源的正极接P区，负极接N区。 此时，PN结处于正向偏置，简称正偏。 （2）反向电压：电源的负极接P区，正极接N区。 此时，PN结处于反向偏置，简称反偏。 北华航天工业学院 5 半导体二极管及其基本电路 PN的形成及特性 内电场 外电场 变薄 N P + _ R VR 内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。 PN 结 正 向 偏 置 北华航天工业学院 6 半导体二极管及其基本电路 PN的形成及特性 内电场 外电场 变厚 N P + _ R VR 内电场被加强，多子扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。 PN 结 反 向 偏 置 北华航天工业学院 7 半导体二极管及其基本电路 PN的形成及特性 PN结的单向导电性 上述所讨论的当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时所形成的PN结为平衡PN结。而PN结的单向导电性只有存在外加电压时才能显示出来。 PN结的单向导电性：外加正向电压时，从P区流到N区的电流很大，PN结呈现的电阻很小；外加反向电压时，从N区流到P区的电流很小， PN结呈现的电阻很大。 北华航天工业学院 8 PN结的伏安特性 IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量 在常温下（T=300K） PN伏安特性的方程 平坦 陡峭 正向： 反向： 近似 非线性 半导体二极管及其基本电路 PN的形成及特性 北华航天工业学院 9 当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。 热击穿——不可逆 雪崩击穿 齐纳击穿 电击穿—可逆； VBR：反向击穿电压 半导体二极管及其基本电路 PN的形成及特性 PN结的反向击穿 北华航天工业学院 10 (1) 势垒电容CB 势垒电容示意图 扩散电容示意图 (2) 扩散电容CD 半导体二极管及其基本电路 PN的形成及特性 5. PN结的电容效应 北华航天工业学院 11 半导体的基础知识 半导体二极管及其基本电路 PN结的形成及特性 半导体二极管 二极管基本电路及其分析方法 特殊二极管 主要内容 北华航天工业学院 12 在PN结上加引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三类。 半导体二极管及其基本电路 半导体二极管 半导体二极管的结构 北华航天工业学院 iD/mA 1.0 0.5 –0.5 –1.0 0.5 0 1.0 D/V iD/mA 1.0 0.5 iD=–IS –0.5 –1.0 0.5 0 1.0 D/V iD O VBR D 阳极a k阴极 (d) 代表符号 $