模拟电子技术基础第二讲 PN结.ppt

1、2.2 PN结,2.2.1 PN结的形成,2.2.2 PN结的单向导电性,2.2.3 PN结的反向击穿,2.2.4 PN结的电容效应,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 形成的电流称为扩散电流,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,2.2.1 PN结的形成,1. 交界面出现自由电子、空穴的浓度差别,P区,N区,空穴多,自由电子少,空穴少,自由电子多,P区空穴（多子）向N区扩散 N区自由电子（多子）向P区扩散,同时进行,2.扩散的过程中自由

2、电子和空穴复合，留下不能移动的杂质离子，形成内电场,3. 内电场的出现使少数载流子向对方漂移,N区空穴（少子）向P区漂移 P区自由电子（少子）向N区漂移,同时进行,4. 刚开始,扩散运动大于漂移运动, 最后,扩散运动等于漂移运动,达到动态平衡,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,少子在电场的作用下向对方漂移,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

3、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。动态平衡被打破。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，,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,2.2.2 PN结的单向导电性,PN结呈现低阻性,电压的真实方向,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。但是漂移电流本身

4、就很小，因为是少子形成的结变宽,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,PN结呈现高阻性,电压的真实方向,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。,线性电阻具有双向导电性,其中 Is 饱和电流; UT = kT/q 等效电压 k 波尔兹曼常数； T=300k（室温）时 UT= 26mv,由半导体物理可推出：, 当加反向电压时：, 当加正向电压时：,(UUT),PN结两端的电压与 流过PN结电流的关系式,3PN结电流方程,反向击穿,PN结上所加的反向电压达到

5、某一数值时，反向电流激增的现象,雪崩击穿,当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样，使反向电流激增。,齐纳击穿,当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子,使反向电流激增。,击穿是可逆。,击穿是可逆。,（不可逆击穿）, 热击穿,PN结的电流或电压较大，使PN结耗散功率超过极限值，使结温升高，导致PN结过热而烧毁,2.2.3 PN结的反向击穿,一 势垒电容CB,势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹

6、如电容的充放电。,2.2.4 PN结的电容效应（非线性电容）,高频应用,CB大小与PN结面积成正比，与耗尽区厚度成反比，而耗尽区厚度随外加电压的改变而改变,VD,CB,CB与结电阻并联,反偏时，结电阻大， CB小，二者在同一个数量级,正偏时，结电阻小， CB大，二者不在同一个数量级，结电阻起主要作用,非线性电容,扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。,二 扩散电容CD,当外加正向电压 不同时，扩散电流即 外电路电流

7、的大小也 就不同。所以PN结两 侧堆积的多子的浓度 梯度分布也不同，这 就相当电容的充放电 过程。势垒电容和扩 散电容均是非线性电 容。,VD,CD,与CB相比，曲线更陡,非线性电容,第2章 半导体二极管及其基本电路,2.1 半导体的基本知识 2.2 PN结 2.3 半导体二极管 2.4 二极管基本电路及分析方法 2.5 特殊二极管,2.3 半导体二极管,2.3.1 半导体二极管的结构,2.3.2 二极管的伏安特性,2.3.3 二极管的参数,2.3.1 半导体二极管的结构,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分为点接触型、面接触型和平面型三大类。,(1) 点接触型二极管,P

8、N结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。,(3) 平面型二极管,往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,(2) 面接触型二极管,PN结面积大，用于工频大电流整流电路。,(b)面接触型,(4) 二极管的代表符号,半导体二极管的型号,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,2AP9,1.正向起始部分存在一个死区或门坎，称为门限电压。 硅：Vr=0.5-0.6v; 锗：Vr=0.1-0.2v 2.加反向电压时，反向电流很小 即Is硅(nA)Is锗(A) 硅管比锗管稳定 3.当反压增大VBR时再增加，反向电流激增，发生反向击穿， VBR称为反向击穿电压。,二极管的伏安特性可用下式表示,2.3.2 二极管的伏安特性,当温度升高时特性曲线左移,注意参考方向问题,晶体二极管的电阻,非线性电阻,直流电阻R,(也称静态电阻）,交流电阻r,（又称动态电阻或微变电阻）,一、直流电阻,定义,二极管两端的直流电压VD与电流ID之比,D,线性电阻的直流电阻和交流电阻相同,二者不等,二、交流电阻r,或,实质是特性曲线静态工作点处的斜率的倒数,交流电导： g=di/dv=ID/VT 交流电阻：r=1/g= VT/ID 室温下：VT=26mv 交流电阻：r=26mv/ ID(mA),晶体二极管的正