第2章 PN结.ppt

1、通过掺杂工艺，把本征硅(或锗)片的一边做成P型半导体，另一边做成N型半导体，这样在它们的交界面处会形成一个很薄的特殊物理层，称为PN结。,第2章 PN 结,P型半导体和N型半导体有机地结合在一起时，因为P区一侧空穴多，N区一侧电子多，所以在它们的界面处存在空穴和电子的浓度差。于是P区中的空穴会向N区扩散，并在N区被电子复合。而N区中的电子也会向P区扩散，并在P区被空穴复合。这样在P区和N区分别留下了不能移动的受主负离子和施主正离子。,2. 1 PN结的形成,P型半导体,N型半导体,扩散的结果是使空间电荷区加宽，使内电场越强。,内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,当扩散和漂移

2、达到动态平衡时，空间电荷区的宽度基本不变。扩散电流与漂移电流大小相等方向相反。,PN结的形成：,PN结的实质：PN结=空间电荷区=耗尽层,2.2 PN结的单向导电性,1. PN结加正向电压（正向偏置）,PN 结变窄,P接正、N接负,I,内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。,PN 结加正向电压时，正向电流较大， PN结导通。,PN 结变宽,内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。,IS,P接负、N接正,温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。,PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。,2. PN结加反向电压

3、（反向偏置）,3.了解PN结的电流方程,其中,IS 反向饱和电流,UT 温度的电压当量,在常温下（T=300K）,PN结所加端电压 u 与流过它的电流 i 的关系为：,随温度的升高而增大，还与PN结面积 成正比的增大。,为负值，且 时,即为反向饱和电流,PN结伏安特性曲线,结论： PN结具有单向导电性,PN结加正向电压时， 形成较大正向电流ID， 呈现电阻小，导通；,PN结加反向电压时， 形成的反向电流IS极 小，呈现电阻很大， 不导通（截止）；,PN结伏安特性曲线,4.PN结的伏安特性,PN结电压与电流的关系曲线,（1）正向：指数规律,（2）反向：,（3）了解击穿特性：,齐纳击穿 高掺杂 击

4、穿电压较低 雪崩击穿 低掺杂 击穿电压较高,5.PN结的电容效应,表现为： 势垒电容CB（barrier) 扩散电容CD (diffusion),(1) 势垒电容CB,势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成 . PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。 （或用CT,(2) 扩散电容CD(Diffusion),PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。,结电容：,结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！,

5、PN结的电容效应:,势垒电容和扩散电容均是非线性电容 结电容CjCb+Cd 在低频工作时，PN结的结电容的容抗很大，可视为开路，其作用可忽略不计。 在高频时，PN结容抗变小，必须考虑结电容的影响。,5. 温度特性,当温度升高时，PN结两边的热平衡少子浓度相应增加， 从而导致PN结的反向饱和电流IS增大。,实验结果表明： 温度每升高10，IS约增加一倍； VD(on)随温度升高而略有下降（温度每升高1，VD(on) 约减小2.5mV）。 当温度进一步增大，在极端情况下，本征激发占主要地位，杂质半导体变得与本征半导体类似，PN结就不存在了。 因此，PN结正常工作的最高温度： Si：150200、Ge：75100,温度对PN结伏安特性曲线的影响,习题,PN结的定义？基本特性