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 第 2 页 PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的反向击穿 PN结的电容效应 载流子的漂移与扩散 PN结的形成及特性 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 3 页 漂移运动： 在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。 外加电场不消失，漂移运动不停止。 扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。无外部载流子注入或电场作用时，扩散运行本身不自持。 载流子的漂移与扩散 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 4 页 3.2.2 PN结的形成 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 5 页 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 6 页 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。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: 因浓度差  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 最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。 多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区  武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 7 页 对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层、势垒区。 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 8 页 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。 (1) PN结加正向电压时 低电阻 大的正向扩散电流 忽略小的漂移电流 3.2.3 PN结的单向导电性 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 9 页 (2) PN结加反向电压时 高电阻 很小的反向漂移电流 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。 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 10 页 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。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。 其物理本质是：空间电荷区的存在，且其宽度随外加电压变化。 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 11 页 (3) PN结V-I 特性表达式 其中 IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量 且在常温下（T=300K） PN结的伏安特性 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 12 页 (2) 势垒电容CB 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 $