PN結(jié)的形成及特性2

PN結(jié)的形成及特(Te)性演示文稿第一頁，共四十三頁。優(yōu)選PN結(jié)(Jie)的形成及特性第二頁，共四十三頁。3.2.1載流子的漂移與(Yu)擴散N++++++++++++++++++++++++++++++++++++N++++++++++++++++++++++++++++++++++++以N型半導體為基片通過半導體擴散工藝第三頁，共四十三頁。使半導體的一邊形成N型(Xing)區(qū)，另一邊形成P型區(qū)。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第四頁，共四十三頁。

左邊是P型半導體，右邊是N型半導體。P型半導體里面還畫出了它的少子（自由電子）（一個小點），N型半導體里面也畫出了它的少子（空穴(Xue)）（一個小圓圈）.P型半導體N型半導體少子(自由電子)少子(空穴)N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第五頁，共四十三頁。N區(qū)有許多自由電子（多數(shù)載流子）和幾個由于熱產(chǎn)生的空穴（少數(shù)載流子），而P區(qū)有許多空穴（多數(shù)載流子）和幾個由于熱產(chǎn)生的自由電子（少數(shù)電子）。PN結(jié)構(gòu)成了基本的二極管。二極管是只(Zhi)允許電流往一個方向流動的元件。P型半導體N型半導體少子(自由電子)少子(空穴)N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第六頁，共四十三頁。(1)在濃度差的作用(Yong)下，電子從N區(qū)向P區(qū)擴散。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第七頁，共四十三頁。(2)在濃度差的作用下，空穴從P區(qū)向N區(qū)擴(Kuo)散。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第八頁，共四十三頁。

在(Zai)濃度差的作用下，兩邊多子互相擴散。由于他們的量比較大，我們稱作多子在(Zai)進行擴散運動.擴散運動N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第九頁，共四十三頁。擴散運動空間(Jian)電荷層擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第十頁，共四十三頁。形成內(nèi)(Nei)電場內(nèi)電場(E)方向

一旦擴散以后，在它的介面上，就剩下了正離子和負離子，這時候就存形成一個電場.方向是從帶正電的N區(qū)指向帶負電的P區(qū)。這個電場是在內(nèi)部形成的，稱為內(nèi)電場E.N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第十一頁，共四十三頁。

漂移運動

電場的的方向是從正離子往負離子走。電場的作用就會促進(Jin)少數(shù)載流子的運動，自由電子從低電位往髙電位走，空穴是從髙電位往底電位走，由于少子的運動很弱(數(shù)量很少)，少子的運動叫做漂移運動。內(nèi)電場EN++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第十二頁，共四十三頁。

內(nèi)電場會促進少子的漂移運動，也抑制了多子的擴散運動，雖然少子的量很少，隨著漂移的增強，而擴散是越來越弱，最終會達到一種平衡。此時我們在這個空間就相當于(Yu)有這么一個結(jié)，這個結(jié)不是面，是一段寬度，這段寬度就叫做PN結(jié)。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------內(nèi)電場(E)方向3.2.2PN結(jié)的形成第十三頁，共四十三頁。PN結(jié)一方面阻礙多子的擴散，另一方面加速(Su)少子的漂移

漂移運動擴散運動N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第十四頁，共四十三頁。P型半導(Dao)體N型半導體擴散運動擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。

漂移運動內(nèi)電場E

因為在PN結(jié)上只剩下了正負離子(正負電荷)，也可以稱作空間電荷區(qū)

.N區(qū)中的導電電子為了進入P區(qū)，必須克服正離子的吸引和負離子的排斥力。在粒子層建立后，PN結(jié)內(nèi)的區(qū)域?qū)嶋H上已經(jīng)耗盡了導電電子和空穴，所以PN結(jié)也稱作是耗盡層。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第十五頁，共四十三頁?？臻g(Jian)電荷層

在P區(qū)和N區(qū)交界面上，留下了一層不能移動的正、負離子。在介面上自由電子和空穴就結(jié)合了。

漂移運動內(nèi)電場E擴散運動N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第十六頁，共四十三頁。形成電位(Wei)勢壘勢壘V0電位V

電場的的方向是從髙電位往底電位走，就是從正離子往負離子走，于是N區(qū)一邊的電位高于P區(qū)一邊，如圖所示。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第十七頁，共四十三頁。當擴散與漂移(Yi)作用平衡時a.流過PN結(jié)的凈電流為零b.PN結(jié)的厚度一定（約幾個微米）c.接觸電位一定（約零點幾伏）N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------第十八頁，共四十三頁。PN結(jié)形(Xing)成過程動畫演示第十九頁，共四十三頁。

擴散使PN結(jié)變寬，使它的內(nèi)電場變強，而漂移的作用又使空間電荷區(qū)變薄，最終PN結(jié)穩(wěn)定在一定的寬度.P型半導體和N型半導體一結(jié)合，在交界面上形成了穩(wěn)定的電層，我們利用PN結(jié)的這個特性了解它是如何具備單向?qū)щ娦?

還要利用這個特性設(shè)計制造二極(Ji)管和三極(Ji)管。

第二十頁，共四十三頁。1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。只剩下正負(Fu)離子.2.空間電荷區(qū)由于存在內(nèi)電場，內(nèi)電場阻礙P區(qū)中的空穴(多子)運動.由于多子很多我們稱作擴散運動。促進了少子的漂移運動.，3.P區(qū)中的電子和N區(qū)中的空穴（都是少），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。小結(jié)4.隨著內(nèi)電場的增強，擴散運動越來越緩慢，此時它就達到了動態(tài)平衡.第二十一頁，共四十三頁。

一(Yi)個PN結(jié)就是一個二極管，在平衡狀態(tài)下，PN結(jié)中沒有電流。PN結(jié)最重要的特性是單向?qū)щ娞匦?。實驗：PN結(jié)的導電性。按如下方式進行PN結(jié)導電性的實驗，因為PN結(jié)加上封裝外殼和電極引線就是二極管，所以拿一個二極管來當成PN結(jié)。P區(qū)為正極；N區(qū)為負極。對于圖示的實驗電路。二極管正向連接二極管反向連接3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦缘诙摚菜氖?。?Fang)真P

此時發(fā)光二極管發(fā)光，說明PN結(jié)導電。

若P區(qū)的電位高于N區(qū)，電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；PN結(jié)正向偏置——當外加直流電壓使PN結(jié)P型半導體的一端的電位高于N型半導體一端的電位時（也就是允許電流流過PN結(jié)的條件），稱PN結(jié)正向偏置，簡稱正偏。注：偏置就是指加在半導體元件上設(shè)置其工作條件的固定直流電壓。第二十三頁，共四十三頁。PN結(jié)正向偏(Pian)置------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E第二十四頁，共四十三頁。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E＋－

當直流電源將二極管正向偏(Pian)置后，由于靜電場的作用，電源的負端將N區(qū)中的導電電子推向PN結(jié)，而電源的正端也將P區(qū)中的空穴推向PN結(jié)。正向電流第二十五頁，共四十三頁。

當外加的偏置電壓足以克服勢壘電位時，電子就有足夠的能量進入耗盡層并越過PN結(jié)。與P區(qū)中空穴復合。當這(Zhe)些電子離開N區(qū)后，會有更多的電子從電源的負端流出。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E第二十六頁，共四十三頁。

因此，導電電子（多數(shù)載流子）朝著PN結(jié)方向的移動產(chǎn)生了N區(qū)的電流。這些導電電子進入P區(qū)后與空穴復合，變成(Cheng)價電子。然后，價電子會一個一個空穴地向陽極方向移動。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E第二十七頁，共四十三頁。

價電子的移動實際上產(chǎn)生了空穴反方向的移動。所以(Yi)P區(qū)中電流是由空穴（多數(shù)載流子）朝著PN結(jié)方向移動產(chǎn)生的。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E第二十八頁，共四十三頁。PN結(jié)正偏動畫(Hua)演示外電場削弱內(nèi)電場→耗盡層變窄→擴散運動＞漂移運動→多子擴散形成正向電流IFPN結(jié)內(nèi)的電流由起支配地位的擴散電流決定，稱為正向電流。第二十九頁，共四十三頁。

此時發(fā)光二極管不(Bu)發(fā)光，說明PN結(jié)不導電。這個實驗說明PN結(jié)（二極管）具有單向?qū)щ娦浴?/p>

若P區(qū)的電位低于N區(qū)，電流從N區(qū)流到P區(qū)，PN結(jié)呈高阻性，所以電流小。PN結(jié)反向偏置——當外加直流電壓使PN結(jié)N型半導體的一端的電位高于P型半導體一端的電位時（阻止電流流過PN結(jié)的偏置條件），稱PN結(jié)反向偏置，簡稱反偏。仿真P2．PN結(jié)反向偏置第三十頁，共四十三頁。PN結(jié)變(Bian)寬2．PN結(jié)反向偏置反向偏置是阻止電流流過PN結(jié)的偏置條件。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E第三十一頁，共四十三頁。

由于異性電荷相(Xiang)互吸引，電源的負端吸引P區(qū)中的空穴，而電源的正端吸引N區(qū)中的電子，使空穴和電子均遠離PN結(jié)。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E第三十二頁，共四十三頁。

因此，耗盡層變寬，N區(qū)中的正離子和P區(qū)中的負離子增加，直到兩邊的勢壘差等于外加偏置電壓。因此，當二極管反(Fan)相偏置時，耗盡層相當于兩個反(Fan)相的帶電離子層之間的絕緣體。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E第三十三頁，共四十三頁。內(nèi)電場(Chang)增強PN結(jié)變寬PN結(jié)呈現(xiàn)高阻、截止狀態(tài)不利多子擴散有利少子漂移2．PN結(jié)反向偏置外電場加強內(nèi)電場→耗盡層變寬→漂移運動＞擴散運動→少子漂移形成反向電流。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E第三十四頁，共四十三頁。

因少子濃度主要與溫度有關(guān)，此電流稱為反向飽和電流。有時候稱作漏電流。這個漏電流的多少基本上(Shang)是由本征激發(fā)所決定的.------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE內(nèi)++++++E第三十五頁，共四十三頁。PN結(jié)反偏動畫演(Yan)示由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦缘谌?，共四十三頁?/p>

PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大(Da)的正向擴散電流；PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴Ｑ菔続02204

PN結(jié)加反向電壓時的導電情況第三十七頁，共四十三頁。按電(Dian)容的定義

即電壓變化將引起電荷變化,從而反映出電容效應(yīng)。由于二極管的兩個極靠的就是PN結(jié)，所以極間電容也稱作結(jié)電容，而ＰＮ結(jié)兩端加上電壓,ＰＮ結(jié)內(nèi)就有電荷的變化,說明ＰＮ結(jié)具有電容效應(yīng)。ＰＮ結(jié)極間電容主要具有是兩部分兩種電容：一部分稱作勢壘電容，一個叫做擴散電容。3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)第三十八頁，共四十三頁。1.勢壘(Lei)電容CB

勢壘電容：當外加電壓發(fā)生改變了，PN結(jié)的寬度也要相應(yīng)發(fā)生改變，PN結(jié)中里面的正負電荷數(shù)量要隨之而改變，電荷的改變就好像是電容在充、放電。這顯示出來就是一種電