模电之半导体基础篇2（PN结）

一、PN结的形成

1、过程
使用工艺，将P区域N区分散在左右两边，在浓度差作用下：电子从N取向P区扩散，空穴从P区向N区扩散

2、PN结
经过这样的多子（N区电子与P区空穴）互相扩散的过程之后，会在P区和N区的交界面上，留下一层不能移动的正离子（N区）、负离子（P区）。该层称作空间电荷层、阻挡层、耗尽层，即所谓的PN结。

二、PN结的动态平衡

1、扩散： 多子才会扩散，电子从N取向P区扩散，空穴从P区向N区扩散

2、漂移： 少子才会漂移，空穴从N区向P区漂移，电子从P区向N区漂移

3、动态平衡

• 在PN结内会形成由N区指向P区的内电场，该电场会减弱多子的扩散，增强少子的漂移，最终PN结大小不变，达到动态平衡。
• 具体就是N区漂移的空穴与P区扩散的空穴对等，P区漂移的电子与N区扩散的电子对等。
• 平衡状态：流过PN结的净电流为零；PN结的厚度一定（几微米）；接触电位一定（零点几伏）

三、PN结的正反偏置

1、PN结的正向偏置

• 当外加直流电压使PN结P型半导体的一端电位高于N型半导体一端的电位时，称为正偏（常用）
• 内电场会被削弱，利于多子进行扩散，PN结变窄，呈现低阻、导通状态

2、PN结的反向偏置

• 当外加直流电压使PN结N型半导体的一端电位高于P型半导体一端的电位时，称为反偏
• 内电场会被增强，利于少子进行漂移，PN结变宽，呈现高阻、截止状态

3、注意：因为少子浓度主要与温度相关，因此反向电流与反向电压几乎无关

四、电流的估算、PN结的击穿性

1、电流的定量估算

2、PN结的击穿特性
当PN结上所加的反向电压达到一定数值时，反向电流激增的现象

• 雪崩击穿：可逆，常发生在掺杂浓度小的二极管
• 齐纳击穿：可逆，常发生在掺杂浓度大的二极管
• 热击穿：PN结耗散功率超过极限值，使温度升高，导致PN结过热而烧毁

五、PN结的电容

1、势垒电容
空间电荷量随着PN结偏置电压的变化而变化。这种电容效应用势垒电容C(B)表征。
PN结类似电容：
当外加电压不同时，耗尽层的电荷量随外加电压而增多或减少，与电容的充放电过程相同。耗尽层宽窄变化所等效的电容为势垒电容。

2、扩散电容
PN结正向偏置电压越高，非平衡少子的积累越多。这种电容效应用扩散电容C(D)表征。

3、PN结总电容