1.PN結的形成原理
在一塊本征半導體在兩側通過擴散不同的雜質,分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結合面上形成如下物理過程:
因濃度差
↓
多子的擴散運動→由雜質離子形成空間電荷區(qū)
↓
空間電荷區(qū)形成內電場
↓ ↓
內電場促使少子漂移 內電場阻止多子擴散
最后，多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。對于P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。
PN結形成過程的動態(tài)演示過程--請點擊右鏈接圖標進入：。
2. PN結的單向導電性
PN結具有單向導電性，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結呈低阻性，所以電流大;反之是高阻性，電流小。
如果外加電壓使：
PN結P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位稱為加正向電壓，簡稱正偏;
PN結P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位稱為加反向電壓，簡稱反偏。
(1)外加正向電壓
外加的正向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內電場方向相反，削弱了內電場。于是，內電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結呈現(xiàn)低阻性。
PN結加正向電壓時的導電情況的動態(tài)演示--請點擊右鏈接圖標進入：。
(2)外加反向電壓
外加的反向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內電場方向相同，加強了內電場。內電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結區(qū)的少子在內電場作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，PN結呈現(xiàn)高阻性。
在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。
PN結加反向電壓時的導電情況的動態(tài)演示--請點擊右鏈接圖標進入：
PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流;PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。
4.2.1 PN結的形成
在一塊本征半導體在兩側通過擴散不同的雜質,分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結合面上形成如下物理過程:
因濃度差
↓
多子的擴散運動→由雜質離子形成空間電荷區(qū)
↓
空間電荷區(qū)形成形成內電場
↓ ↓
內電場促使少子漂移 內電場阻止多子擴散
最后，多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。對于P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。PN結形成的過程可參閱圖01.06。
圖01.06 PN結的形成過程
4.2.2 PN結的單向導電性
PN結具有單向導電性，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結呈低阻性，所以電流大;反之是高阻性，電流小。
如果外加電壓使：
PN結P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位稱為加正向電壓，簡稱正偏;
PN結P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位稱為加反向電壓，簡稱反偏。
(1) PN結加正向電壓時的導電情況
PN結加正向電壓時的導電情況如圖01.07所示。
外加的正向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內電場方向相反，削弱了內電場。于是，內電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結呈現(xiàn)低阻性。
圖01.07 PN結加正向電壓時的導電情況
(2) PN結加反向電壓時的導電情況
PN結加反向電壓時的導電情況如圖01.08所示。
外加的反向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內電場方向相同，加強了內電場。內電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結區(qū)的少子在內電場作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，PN結呈現(xiàn)高阻性。
在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。
PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流;PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。
圖01.08 PN結加反向電壓時的導電情況
4.2.3 PN結的電容效應
PN結具有一定的電容效應，它由兩方面的因素決定。一是勢壘電容CB ，二是擴散電容CD 。
(1) 勢壘電容CB
勢壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當外加電壓使PN結上壓降發(fā)生變化時，離子薄層的厚度也相應地隨之改變，這相當PN結中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖01.09。
圖01.09 勢壘電容示意圖
(2) 擴散電容CD
擴散電容是由多子擴散后，在PN結的另一側面積累而形成的。因PN結正偏時，由N區(qū)擴散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積在 P 區(qū)內緊靠PN結的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。反之，由P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴散電容的示意圖如圖01.10所示。
當外加正向電壓不同時，擴散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結兩側堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當電容的充放電過程。勢壘電容和擴散電容均是非線性電容。
圖01.10 擴散電容示意圖
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