PN结概念详解
一.PN结的形成：
采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结。PN结具有单向导电性
物质总是从高浓度流向低浓度，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。
当把P和N型半导体制作在一起时，在它们的交界面，两种载流子的浓度差很大，因而P区的空穴必然向N区扩散，N区的自由电子必然向P区扩散
P区标有负号的小圆圈表示除空穴外的负离子（受主原子），N区标有正号的小圆圈表示除自由电子外的正离子（施主原子）
由于扩散到P区的自由电子与空穴复合，而扩散到N区的空穴与自由电子复合，所以在交界面附近多子的浓度下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，它们是不能移动的，称为空间电荷区，从而形成内电场
随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，正好阻止扩散运动的进行（负电荷收到与电场方向相反的电场力，正电荷正向）
在电场力作用下，载流子的运动称为漂移运动。
当空间电荷区形成后，在内电场作用下，少子发生漂移运动（受到与电场方向相反的电场力），N区的空穴向P区漂移，P区的自由电子向N区漂移，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，此时，空间电荷区具有一定的宽度，电位差为Uho，电流为零
空间电荷区内，正、负电荷的电量相等，故当P区和N区杂志浓度相等时，负离子区和正离子区的电荷区内，正、负电荷的电量相等，称为对称结，而当两边杂质浓度不同时，浓度高的一侧的离子区宽度低于浓度低的一侧，称为不对称PN结，两种结的外部特性是相同的
绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴都非常少，故也称空间电荷区为耗尽层
二.PN结的单向导电性：
如果在PN结的两端外加电压，就会破坏原来的平衡状态，此时，扩散电流不再等于漂移电流，因而PN结有电流流过，当外加电压极性不同时，PN结表现出截然不同的导电性能，即表现出单向导电性
什么是正向电流：
半导体无外场作用，载流子热运动是无规则的。运动速度各向同性，不引起宏观迁移从而不会产生电流。加外场作用时将会引起载流子的宏观迁移。从而形成电流在半导体中载流子形成的电流有两种方式。
一是在电场作用下载流子的漂移运动，产生的电流称为漂移电流
二是由于载流子浓度不均匀而形成再扩散运动，产生的电流称为扩散电流
1.PN结外加正向电压时处于导通状态
当电源正极接到PN结的P端，负极接到PN结的N端，称PN结外加正向电压，也称正向接法或者正向偏置
此时外电场将多数载流子推到空间电荷区，使其变窄，削弱了内电场，破坏了原来的平衡，使扩散运动加剧，漂移运动减弱，由于电源的作用，扩散运动将不断进行，从而形成正向电流，PN结导通
2.PN结外加反向电压时处于截止状态
当电源正极接到PN结的N端，负极接到PN结的P端，称PN结外加反向电压，也称反向接法或反向偏置
此时外电场使空间电荷区变宽，加强了内电场，更加阻止扩散运动的进行，而加剧漂移运动的进行，形成反向电流，也称为漂移电流，但因为少子数目极少，即所有的少子都参与漂移运动，反向电流也非常小，可以忽略不计，认为PN结外加反向电压时处于截止状态
三.PN结的伏安特性：
当PN结外加正向电压，i约等于Isuu/uT,即i随u按指数规律变化
当PN结外加反向电压，i约等于-Is
画出的关系图称为PN结的伏安特性，其中u>0的部分称为正向特性，u<0的部分称为反向特性
当反向电压超过一定数值UBR后，反向电流急剧增加，称之为反向击穿
击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况：
1.高掺杂浓度下，因为耗尽层宽度窄，不用很大的反向电压就可以形成很强的电场，而直接破坏共价键，是价电子脱离共价键束缚，产生空穴—电子对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿
2.低掺杂浓度下，因为耗尽层宽度宽，低电压下不会产生齐纳击穿。当反向电压增加到较大数值时，耗尽层的电场使少子加快漂移速度，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电子撞出共价键，产生电子—空穴对。新产生的电子与空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地倍增，致使电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿
无论哪种击穿，若对其电流不加限制，都可能造成PN结的永久性损坏
四.PN结的电容效应
在一定条件，PN结具有电容效应，根据产生原因不同分为势垒电容和扩散电容
1.势垒电容
当PN结外加的反向电压变化时，空间电荷区的宽度将随之变化，即耗尽层的电荷量随外加电压而增大或者减小，这种现象与电容器的充放电过程相同。耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容Cb
2.扩散电容
PN结处于平衡状态时的少子常称为平衡少子。PN结处于正向偏置时，从P区扩散到N区的空穴和从N区扩散到P区的自由电子均称为非平衡少子。当外加正向电压一定时，靠近耗尽层交界面的地方非平衡少子的浓度高，而远离交界面地方浓度低，且浓度自高到低逐渐衰减，直到减为0
形成一定的浓度梯度，从而形成扩散电流
当外加正向电压增大时，非平衡少子的浓度增大且浓度梯度也增大，从外部看即正向电流增大，反之
扩散区内，电荷积累和释放的过程与电容器充放电的过程相同，这种电容效应称为扩散电容Cd
3.结电容
PN结的结电容是Cj是势垒电容Cb和扩散电容Cd之和
Cj=Cb+Cd