模拟电子技术基础【PN结那点儿事儿（上）】--郑益慧老师听课笔记

寒假不定时更新921学习笔记，自己有所收获的同时，也希望可以便利大家。
PS:预祝大家2023新年快乐 —2023.1.16

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PN结

由P型半导体和N型半导体组成

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一、PN结的构成

P型半导体：在本征半导体中掺杂了少量B硼，B容易得到电子，因此P型半导体中更多的是空穴。
N型半导体：在本征半导体中掺杂了少量P磷，P容易失去电子，因此N型半导体中更多的是自由电子。

巧记：无pp（P型半导体不掺杂P）

二、PN结中的运动

最主要的两个运动：（自己理解的话来描述的，定义题自己看书嗷）
扩散运动：多子从浓度高的区域向浓度低的区域运动
漂移运动：少子在内电场的作用下的运动

2.1 扩散运动

空穴：由P区向N区扩散
自由电子：由N区向P区扩散

两军交战最激烈的地方就是相接处，也是最先安静平定下来的地方。
因此在交界处空穴和自由电子互相结合“吞并”，最终形成内电场，【如上图】左负右正，这就导致电场E的方向，从N向P。

2.1.1 空间电荷区（内电场）对多子的影响

• 对于N区多子：自由电子

其受力与电场反向，由P区指向N区，导致自由电子的扩散运动大大减少；

• 对于P区多子：空穴

其受力方向与电场同向，由N区指向P区，导致空穴的扩散运动大大减少；

• 对于两个区的多子

其空间电场的存在给它们造成了一个势垒，但是仍然有少数“跳高冠军”可以通过势垒，因而在空间电场形成之后，仍然存在少量的扩散运动。

2.1.2 空间电荷区的作用

1. 耗尽层：结合其形成过程，电子与空穴结合，直至耗尽为止。
2. 阻挡层：在“战争”结束后，左右两派形成一负一正两个区域，形成内电场，阻止各自多子通过。
3. PN结：从构成上来看，是P型半导体和N型半导体的交界区。

2.2 漂移运动

空穴：由N区在内电场作用下向P区运动
自由电子：由P区在内电场作用下向N区运动

如果说空间电场阻碍扩散运动；
那么对于漂移运动而言，空间电场的形成就是漂移运动的催化剂，天坑（天选之坑）；
电场力作用下，两个区域的少子产生漂移运动。【如下图】

三、PN结的单向导电性：

3.1 PN结正向导通（正偏）

当PN结加【如下图】所示电压时：P接正，N接负，外电场和内电场反向。
外电场像一把铲子，将势垒变小，电子或空穴（每个区的多子）更容易通过，从而电子流动（N到P）产生电流（P到N）。称之为：正向导通。

正向电压：由P指向N（与内电场反向）

R：限流电阻。
外电场削弱了内电场的作用，使得势垒减小，电子或者空穴更容易跨过势垒，自由电子运动产生电流。若外电场持续增加，而没有限流电阻，电流会迅速增大，从而使得PN结烧毁。在限流电阻存在时，Imax = U/R 。

3.2 PN结反向截止（反偏）

若加【如下图】反向电压，则耗尽层变厚，势垒增加，更加抑制扩散运动，几乎无电流。则为：反向截止。

反向电压：由N指向P（与内电场同向）

但是此时少子的漂移电流会增加，由于少子相对多子数目极少，所以可以忽略不计。（少子对温度很敏感）

3.3 PN结的伏安特性

VT：温度相关的量，室温下为26mV。；
U：PN结的电压；
Si（硅）PN结：导通电压为0.6~0.7V；
Ge（锗）PN结：导通电压为0.2~0.3V；
Is：反向饱和电流；

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