模拟电子技术 PN结的形成与工作原理 个人笔记

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PN结的形成与工作原理

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。

P区空穴浓度远高于N区。
N区自由电子浓度远高于P区。

空间电荷区

在空间电荷区，由于缺少多子所以也称耗尽层。

漂移运动

因内电场作用所产生的少子运动称为漂移运动。

PN结的形成

当参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同时，达到动态平衡，就形成了**PN结**。

物理过程

↓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；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。

PN结的基本性质

PN结加正向电压导通：

外加的正向电压与内电场方向相反，扩散运动加剧，耗尽层变窄，由于外电源的作用加剧了扩散电流，PN结处于导通状态。

PN结加反向电压截止：

外加的正向电压与内电场方向相同，漂移运动加强，耗尽层变宽，阻止扩散运动。由于电流很小，故可近似认为其截止

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。

PN结具有单向导电性

1. PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；
2. PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。

PN结的反向击穿

当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增

注：电击穿–可逆
热击穿–不可逆

PN结的电容效应

1. 势垒电容
   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$C_b$。
2. 扩散电容
   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$C_d$。
3. 结电容
   $$C_j=C_b+C_d$$
   注：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！