2022-2023学年高二物理竞赛课件：PN结的形成及特性

PN结的形成及特性 PN结的形成及特性 1 PN结的形成 2 PN结的单向导电性 杂质半导体 掺入杂质的本征半导体。 掺杂后半导体的导电率大为提高 掺入三价元素如B、Al、In等， 形成P型半导体，也称空穴型半导体 掺入五价元素如P、Sb等， 形成N型半导体，也称电子型半导体 杂质半导体 P区 N区 浓度差－－扩散运动（多子） 载流子从浓度大向浓度小 的区域扩散,称扩散运动 形成的电流成为扩散电流 内电场—漂移运动 （少子） 内电场阻碍多子向对方的扩散 即阻碍扩散运动 同时促进少子向对方漂移 即促进了漂移运动 扩散运动=漂移运动时 达到动态平衡 一、PN结的形成 内电场阻止多子扩散 因浓度差 多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移 扩散运动 多子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动 扩散运动产生扩散电流 漂移运动 少子向对方漂移,称漂移运动 漂移运动产生漂移电流。 动态平衡 扩散电流=漂移电流，PN结内总电流=0。 PN 结 稳定的空间电荷区 又称高阻区 也称耗尽层 1. PN结加正向电压时的导电情况 外电场方向与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。空间电荷区变窄，PN结呈现低阻性。 P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏； 内 外 二、PN结的单向导电性 2.PN结加反向电压时的导电情况 外电场与PN结内电场方向相同，增强内电场。 内电场对多子扩散运动阻碍增强，扩散电流大大减小。少子在内电场的作用下形成的漂移电流加大。 此时PN结区少子漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流。ＰＮ结变宽 PN结呈现高阻性 P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏； 内 外 二、PN结的单向导电性 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散 电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。 IS ：反向饱和电流 UT ：温度的电压当量 在常温(300 K)下， UT  26 mV 三、 PN 结的电流方程 PN结所加端电压u与流过的电流i的关系为 四、PN结的伏安特性 　　i = f (u )之间的关系曲线。 60 40 20 – 0.002 – 0.004 0 0.5 1.0 –25 –50 i/ mA u / V 正向特性 死区电压 击穿电压 U(BR) 反向特性 图 1.1.10　PN结的伏安特性 反向击穿 齐纳击穿 雪崩击穿 五、PN结的电容效应 　　当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量　　将随之发生变化，使PN结具有电容效应。 电容效应包括两部分 势垒电容 扩散电容 1. 势垒电容Cb 是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。 (a) PN 结加正向电压 （b) PN 结加反向电压 - N 空间 电荷区 P V R I + U N 空间 电荷区 P R I + - U V 2. 扩散电容 Cd 是由多数载流子在散过程中积累而引起的。  Q O x nP Q 1 2  Q  Q 　　正向电压变化时，变化载流子积累电荷量发生变化，相当于电容器充电和放电的过程 —— 扩散电容效应。反向电压时,可忽略. $