模电学习第一天--PN结梳理

基本概念

本征半导体：纯净的、具有晶体结构的半导体
两种载流子：自由电子、空穴（两种载流子均参与导电）
本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象
复合：电子填补空穴
动态平衡：一定温度下，本征激发与复合产生的自由电子和空穴相等
温度影响：热运动加剧–挣脱共价键束缚自由电子增多–空穴增多–载流子浓度提高–导电能力增强
N型半导体：自由电子浓度大于空穴浓度，前者为多子，后者为少子
P型半导体：空穴浓度大于自由电子浓度
对于杂质半导体的温度影响：可以认为多子浓度约等于所掺杂质原子的浓度，且受温度影响很小；少子大多由本征激发而成，尽管浓度很低，但对温度非常敏感。
扩散运动：由浓度差引起的运动。PN结中P区的空穴向N区扩散，N区的自由电子向P区扩散。随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，阻止扩散运动的进行。
空间电荷区：由于扩散运动引起的复合使得P区出现负离子区，N区出现正离子区

漂移运动：少子产生漂移运动。在无外电场和其他激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成PN结。

PN结的单向导电性

1.加正向电压处于导通状态（也称正向偏置）

耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态：正向电流很大，正向电阻很小，可视为短路。
电阻作用：限制回路电流，防止因正向电流过大而损坏。
2.加反向电压处于截止状态（也称反向偏置）

PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，可近似认为其截止。
反向电流很小，反向电阻很大，可视为开路。

PN结电流方程与伏安特性

当反向电流超过一定值时会引起反向击穿。
齐纳击穿：高掺杂–耗尽层宽度窄–不大的电压可形成很强的电场–破坏共价键–产生电子空穴对–致使电流极具增大
雪崩击穿：低掺杂–耗尽层宽度宽–电子有足够距离加速–与价电子相撞–链条式碰撞–雪崩式增加

PN结电容效应

1.势垒电容：耗尽层宽窄变化所等效的电容Cb
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（P区扩散到N区的空穴，及N区扩散到P区的电子）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Cd。
3.结电容：Cj=Cb+Cd
只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用

PN结用途

1.二极管实际上就是一个p-n结
2.三极管是两个靠得很近、背靠背的p-n结组成
3.结型场效应管也是利用p-n结的特性工作
4.半导体集成电路中，还利用了p-n结的有关特性制成了电路中的电阻、电容以及实现电路元器件间的隔离，使得大规模集成电路的制作成为可能
5.可制作成LED、光伏、光探等多种半导体功能器件