第二讲：PN结与二极管的特性

1. PN结的伏安特性

a) 正向特性：在前面已经论述，注意存在一个死区（正向在外加电压时电流不变的那一段）。
b) 反向特性：当PN结在外加反向电压的时，会有一个反向饱和电流I，该反向电流，锗管比硅管大，当反向电压越来越大的时候，电流也会急剧增大，这个现象就是反向击穿。
              
c) 反向击穿：当PN结在外加反向电压的时，会有一个反向饱和电流I，该反向电流，锗管比硅管大，当反向电压越来越大的时候，电流也会急剧增大。
（1）雪崩击穿（掺杂浓度低的情况下）
  当PN结中掺杂离子浓度低的时候，PN结的长度比较大，此时又将外加电场不断加强，只要有自由电子进入到这个PN结中的电场中，就相当于一个粒子加速器，自由电子达到一定的速度之后，猛烈的撞击到一个共价键上，价电子成为一个自由电子，一个变成了两个，依次往后继续猛烈的撞击，瞬间就可以把PN结击毁。

（2）齐纳击穿（掺杂浓度高的情况下）
  当PN结中掺杂离子浓度高的时候，PN结的长度比较小，那么由电场公式E=U/D，只要稍微有点儿外加的电压，PN结中的内电场就会很大，那么价电子自己迸射出来，克服共价键的束缚，瞬间PN结击毁。

（3）二次击穿（不可逆）
  由于在雪崩击穿、齐纳击穿的过程中，都会散发着大量的热，那么温度很快就升高，那么在温度升高到一定程度的时候，PN结会被烧毁，此时所有的共价键被破坏，更多的共价键被破坏，那么就有更多的热被放出来，形成正反馈，最终PN结不可逆。

（4）温度雪崩、齐纳击穿的影响
  温度越高，雪崩击穿需要的外加电压越大：因为温度升高之后，PN结中的晶格结构会产生晃动，导致粒子加速不稳定，那么需要利用外加电压的作用下，使得粒子加速更稳定。
  温度越高，齐纳击穿需要的外加电压越小：因为温度升高之后，共价键中的价电子自己迸射出来的机会更大，那么需要内电场就越小，那么需要外加电压就越小。

（5）反向击穿——稳压管特性
  从PN结的伏安特性曲线中可以看到，当电压反向增大到一定程度之后，电流有一个瞬间的持续增大的变化，则可以利用这一点，电流不断增大的时候电压变化极小，可以忽略，那么就可以形成稳压管的原理，又因为掺杂浓度低的时候是雪崩击穿，需要电压很高，掺杂浓度高的时候，需要电压低，那么可以通过不同的掺杂和制工艺制造出不同规格的反向击穿特性的稳压二极管。

2. PN结的电容效应

a) 势垒电容（主要是在外加反向电压时）：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过程，与电容的充放电相同，其等效电容为势垒电容，是可变电容的特性。
              
b) 扩散电容（在外加正向电压时）：当在外加正向电压时，会削弱内电场的作用，使得扩散运动恢复，扩散作用的恢复，N区的多子（自由电子）会通过扩散运动，运动到P区，那么在P区会变成非平衡的少子（N区来的自由电子），非平衡的少子从空间电荷区到P区会有一个浓度梯度的变化，不然不能进行扩散运动，那么在接近空间电荷区附近的非平衡少子的浓度会很高，当外加电压越高的时，接近空间电荷区的非平衡少子的浓度就越高，积累的电荷量就越多，那么电容响应就越明显。
              

3. 半导体二极管

a) 常见结构
              
b) 二极管的伏安特性（与PN结的伏安特性几乎差不多）

  （1）二极管和PN结的区别：
     PN结只是N区和P区的中间电荷区；
     二极管N区和P区都有一个电阻，两电阻都比较小；
     二极管还有一个外壳，在加反向电压的时候，PN结会产生一个漂移电流，而且外壳还会产生一个表面的泄露电流，也很小；

  （2）伏安特性曲线的区别（二极管和PN结的区别）：
     外加相同的电压时，流过二极管的电流小于流过PN结的电流，这是因为电阻的存在；
     外加相同的反向电压时，流过前者的电流大于后者；

  （3）温度对伏安特性曲线的影响（二极管）：
    1）温度升高的时，正向曲线左移，反向曲线下移，对于左移，相同的电压下，温度高的，流过的电流大，这是因为温度高粒子的活性增强；对于下移，本身下移就是因为少子的存在，那么温度升高了之后，少子的数量会更多，那么影响就更大，反向饱和电流更大；
    2）室温：每升高1℃，正向压降减小2~2.5mv，每升高10℃，反向电 流增大1倍；

  （4） 依据特性曲线的二极管补充特性：
    1）外加正向电压下，也可以有稳压、钳制电位的作用，但是稳压值的范围不是很大；
    2）外加反向电压下，可以通过改变PN结的宽度来改变稳压值的范围；
    3）反向饱和电流，由于其跟温度的相关性很强，那么可以应用于温度传感器；