PN结与二极管的特性

PN结的伏安特性

PN结的正向特性

PN结加正向电压时,P区电位高于N区点位,扩散电流大于漂移电流,PN结呈低阻性。

PN结的反向特性

PN结加反向电压时,P区电位低于N区电位,内电场对于扩散运动起到抑制作用,少子的漂移电流大于扩散电流,PN结呈现高阻性。
PN结的别名:PN结=空间电荷区=耗尽层=阻挡层=势垒层=内电场=电阻。

反向击穿:

(1)雪崩击穿
参杂浓度低的时侯,反向电流加载时,PN耗尽层区域距离增厚,那么这个PN结成了一个粒子加速器,任何进入该区域的粒子都会被加速,若参杂浓度较低,则耗尽层较宽,随着 PN 外加反向电压不断增大,空间电荷区的电场不断增强,当超过某临界值时,载流子受电场加速获得很高的动能,与晶格点阵原子发生碰撞使之电离,产生新的电子—空穴对,再被电场加速,再产生更多的电子—空穴对,如此产生链式效应,于是雪崩击穿; 相当于电子撞开了耗尽层内的共价键产生了新电子和新空穴,而新电子再被加速撞击其他共价键,导致空穴和电子的复合速度无法匹配被撞开共价键的速度。
可见反向加压的时候,耗尽层中的动态平衡能量升高到无法保持,爆发潜力达到极限(厚度变厚,参与储能的共价键多),耗尽层内部潜力蓄势待发,直到外电场彻底打破平衡。

(2)齐纳击穿
参杂浓度高的时候,PN结比较窄,高浓度时,反偏电压时很薄的PN结上承载巨大场强,直到这个场强直接破坏共价键。
PN结与二极管的特性_第1张图片

击穿分析:

击穿时导致的大电流会使PN结过热烧毁,但是如果没发生热击穿则还有救;
反向击穿特性,在很大的电流范围内电压不变,可以用于稳压二极管;
雪崩击穿,温度越高,越不容易不发生击穿,击穿电压会升高。
温度升高时,晶格振动阻碍粒子加速,粒子平均自由程缩短,加速达到击穿所需要的速率会降低。
齐纳击穿,温度越高,越容易发生击穿,击穿电压会降低。

PN结的电容效应

1 .势垒电容
反向加压时,PN内部会出现势垒电容;可以用于可变电容;其实就是耗尽(势垒)层动态平衡处的电量增加。
PN结与二极管的特性_第2张图片

2.扩散电容
当有外加正向偏压时,在 p-n 结两侧的少子扩散区内,都有一定的少数载流子的积累,而且它们的密度随电压而变化,形成一个附加的电容效应,称为扩散电容。
具体内容可以参考本篇文章,讲的很好。

二极管的构成

二极管:将PN结封装,引出两个电极,就构成了二极管。
PN结与二极管的特性_第3张图片
主要包括三种类型:
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二极管的形成是通过扩散工艺来制作的,基材是硅片,在硅片的表面上采用扩散工艺的方式将硼参杂进去,之后通过SiO2将窗口封住。
由于平面扩散法能形成二氧化硅氧化膜,保护PN结不受污染,一般采用这种方式来生产二极管。
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二极管的伏安特性

二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性
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二极管是单向导电性,当二极管正向偏置的时候,当电压大于开启电压时,电流会随着电压的增大而指数级增高。
当正向电压很小,外电场不足以克服内电场,载流子无法进行扩散运动,因此从O到Uoh这一段的电压范围称为死区。
当二极管反向偏置的时候,二极管处于截止状态,电流很小几乎不变,因此称为反向饱和电流(饱和基本不变)。

伏安特性受温度影响

PN结与二极管的特性_第7张图片
温度上升时,正向特性曲线左移,因为本征激发会增加,热运动加剧,载流子的数目增多,所以需要更小的正向电压就可以产生更大的电流。
与此同时,反向特性会下移,因为温度对少子的影响较大,因此电流会增加。

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