PN结的形成及特性.ppt
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PN结的形成及特性.ppt
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3.2PN结的形成及特性,3.2.2PN结的形成,3.2.3PN结的单向导电性,3.2.4PN结的反向击穿,3.2.5PN结的电容效应,3.2.1载流子的漂移与扩散,3.2.1载流子的漂移与扩散,漂移运动:
由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。
扩散运动:
由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。
没有电场作用时,载流子做随机无定向移动,载流子在任意方向下的平均速度为0。
有电场作用时,载流子做定向移动。
3.2.2PN结的形成,在一块本征半导体两侧通过特殊工艺,分别形成N型半导体和P型半导体。
则在它们的交界处将形成一个具有特殊物理性质的薄层,即PN结。
多子扩散,空间电荷区和内电场形成,内电场作用于载流子,促使少子漂移,阻止多子扩散,PN结的形成可分为以下几个步骤:
PN结形成,(浓度差),扩散到对方的载流子在P区和N区的交界处附近被相互中和掉,使P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子,N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。
这样在两种半导体交界处逐渐形成由正、负离子组成的空间电荷区(耗尽层)。
由于P区一侧带负电,N区一侧带正电,所以出现了方向由N区指向P区的内电场,当扩散和漂移运动达到平衡后,空间电荷区的宽度和内电场电位就相对稳定下来,即形成PN结。
此时,有多少个多子扩散到对方,就有多少个少子从对方飘移过来,二者产生的电流大小相等,方向相反。
因此,在动态平衡时,流过PN结的电流为0。
PN结的形成过程中的两种运动:
多数载流子扩散少数载流子飘移,3.2.3PN结的单向导电性,实际工作中的PN结总是加有一定的外加电压。
当外加电压极性不同时,其导电性能迥然不同。
(1)PN结加正向电压时:
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位,称为加正向电压,简称正偏;,外电场与内电场方向相反,使多数载流子向PN结移动,空间电荷区变窄,其电阻值减小。
外电场有利于扩散,使扩散运动增强,远胜过漂移运动。
载流子的不断扩散在外电路形成较大的扩散电流,称为正向电流IF,低电阻大的正向扩散电流,3.2.3PN结的单向导电性,
(2)PN结加反向电压:
P区接电源负极,N区接电源正极,称为反向偏置(反偏),高电阻很小的反向漂移电流,外电场与内电场反向一致,将使P区的空穴和N区的电子进一步离开PN结,空间电荷区变宽,阻值增大。
由于外电场的作用,扩散运动被进一步阻碍,动态平衡打破,此时流过PN结的电流主要是少数载流子的漂移电流。
PN结加正向电压时,呈现低电阻,具有较大的正向扩散电流;(导通)PN结加反向电压时,呈现高电阻,具有很小的反向漂移电流。
(截止)由此可以得出结论:
PN结具有单向导电性。
PN结的单向导电性关键在于它的耗尽层的存在,且宽度随外加电压而变化。
3.2.3PN结的单向导电性,(3)PN结V-I特性表达式,其中,PN结的伏安特性,IS反向饱和电流,VT温度的电压当量,且在常温下(T=300K),3.2.4PN结的反向击穿,当PN结的反向电压增加到一定数值时,反向电流突然快速增加,此现象称为PN结的反向击穿。
热击穿不可逆,电击穿可逆,3.2.5PN结的电容效应,
(1)扩散电容CD,扩散电容示意图,PN结正偏时,扩散运动使多数载流子穿过PN结,在对方区域PN结附近有高于正常情况时的电荷累积。
(N区附近积累较多的空穴,P区附近积累了较多的电子)。
存储电荷量的大小,取决于PN结上所加正向电压值的大小。
离结越远,由于空穴与电子的复合,浓度将随之减小。
效应就是一种物理或化学现象。
电容效应是指PN结具有储存电荷这一类似电容性质的现象。
3.2.5PN结的电容效应,
(2)势垒电容CB,end,反向偏置时,能扩散到对方区域的载流子数目很少,因此扩散电容数值很小,扩散电容效应可忽略。
PN结电压变化,空间电荷区宽度改变,从而引起空间电荷区内电荷的变化,这种效应称为势垒电容。
势垒电容远小于扩散电容。
PN结正偏时结电容较大,以扩散电容为主;PN结反偏时结电容较小,这时主要是势垒电容。
应用:
变容二极管。
二极管反偏时,其结电容随电压增大而增大。
主要应用于高频技术中选频。
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