模电课件PN结的形成及特点.ppt

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1、2.2 PN结结2.2.1 PN结的形成结的形成2.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性2.2.3 PN结的电容效应结的电容效应 PN结的形成结的形成 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成分别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N型半型半导体和导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程型半导体的结合面上形成如下物理过程:因浓度差因浓度差 多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内内电电场场阻阻

2、止止多多子子扩扩散散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。对于。对于P型半导体和型半导体和N型型半导体结合面，半导体结合面，离子薄层形成的离子薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结。在空间电。在空间电荷区，由于缺少荷区，由于缺少多子，所以也称多子，所以也称耗尽层耗尽层。图图2.6 PN结的形成过程结的形成过程（动画动画2-3）PN 结形成结形成的过程可参阅的过程可参阅图图2.6。PN结的单向导电性结的单向导电性 如果外加电压使如果外加电压使PN结中：结中：P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加区的电位，称为加正向电压正向电压，简称简称正

3、偏正偏；PN结具有单向导电性结具有单向导电性，若外加电压使电流从，若外加电压使电流从P区流到区流到N区，区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。是高阻性，电流小。P区的电位低于区的电位低于N区的电位，称为加区的电位，称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。(1)PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 外加的正向电压有外加的正向电压有一部分降落在一部分降落在PN结区，结区，方向与方向与PN结内电场方向结内电场方向相反，削弱了内电场。相反，削弱了内电场。于是于是,内电场对多子扩散内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加

4、大。扩散电流远电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，漂移电流的影响，PN结结呈现低阻性。呈现低阻性。PN结加正向电压时的导电情况如图结加正向电压时的导电情况如图2.7所示。所示。（动画（动画2-4）图图2.7 2.7 PN结加正向电压结加正向电压时的导电情况时的导电情况(2)PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压有一部分降落在外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小

5、。此时扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散于扩散电流，可忽略扩散电流，电流，PN结呈现高阻性。结呈现高阻性。在一定的温度条件下，在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大本上与所加反向电压的大小无关小无关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。PN结加反向电压时的导电情况如图结加反向电压时的导电情况如图2.8所示。所示。图图 2.8 PN结加反向电压时的

6、结加反向电压时的导电情况导电情况 PN结加正向电压结加正向电压时，呈现低电阻，具时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电有较大的正向扩散电流；流；PN结加反向电压结加反向电压时，呈现高电阻，具时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电有很小的反向漂移电流。流。由此可以得出结由此可以得出结论：论：PN结具有单向导结具有单向导电性。电性。（动画（动画2-5）图图 2.8 PN结加反向电压时结加反向电压时的导电情况的导电情况2.2.3 PN结的电容效应结的电容效应 PN结具有一定的电容效应，它由两方面的结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。因素决定。一是势垒电容一是势垒电容CB，二是扩散电容二是扩散电容

7、CD。(1)势垒电容势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。势垒电容电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。势垒电容的示意图见图的示意图见图2.9。图 2.9 势垒电容示意图 扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面结的另一侧面积累而形成的。因积累而形成的。因PN结正偏时，由结正偏时，由N区扩散到区扩散到P区区的电子

8、，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电的电子，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流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠区内紧靠PN结结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。(2)扩散电容扩散电容CD 反之，由反之，由P区扩散到区扩散到N区的空穴，在区的空穴，在N区内也形区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图成类似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图如图如图2.10所示。所示。图图 2.10 2.10 扩散电容示意图扩散电容示意图 当外加正向电压当外加正向电压不同时，扩散电流即不同时，扩散电流即外电路电流的大小也外电路电流的大小也就不同。所以就不同。所以PN结两结两侧堆积的多子的浓度侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这梯度分布也不同，这就相当电容的充放电就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电散电容均是非线性电容。容。