PN结及其单向导电性
P N 结介绍
漂移
(2).位垒高度↑ 漂移运动（少子） (2).位垒高度↑ →漂移运动（少子） ↑ →漂 位垒高度 移电流↑ 移电流↑ (3).反向电流决定于漂移电流此时PN结截止 反向电流决定于漂移电流此时PN结截止。 (3).反向电流决定于漂移电流此时PN结截止。 漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流， 漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流， 在一定的温度条件下， 在一定的温度条件下，由本征激发决定的少 子浓度是一定的。 子浓度是一定的。 所以少子形成的漂移电流是恒定的， 所以少子形成的漂移电流是恒定的，基本上 与所加反向电压的大小无关， 与所加反向电压的大小无关，这个电流也称 反向饱和电流IS IS。 为 反向饱和电流IS。 PN结加反向电压时 呈现高电阻， 结加反向电压时， PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很 小的反向漂移电流。 PN结具有单向导电 小的反向漂移电流。 即PN结具有单向导电 特性。 特性。
一、PN结的形成 PN结的形成
P + + + N + + + + + + PN结的接触电位： PN结的接触电位： 结的接触电位 (1).内电场的建立 内电场的建立， PN结中产生电位差 结中产生电位差。 (1).内电场的建立，使PN结中产生电位差。 从而形成接触电位V 又称为位垒) 从而形成接触电位Vϕ(又称为位垒)。 动态平衡时：扩散电流=漂移电流。 (2). 动态平衡时：扩散电流=漂移电流。 PN结内总电流=0。 PN结的宽度一定 结内总电流=0 PN结内总电流=0。 PN结的宽度一定 。 (3).PN结根据耗尽层的宽度分为对称结与 (3).PN结根据耗尽层的宽度分为对称结与 不对称结： 不对称结： 相等） 相等（杂质深度相等） 不对称结— 不对称结—杂质浓度高的侧耗尽层小于杂 质深度低的一侧，这样的PN PN结称为不对 质深度低的一侧，这样的PN结称为不对 称结
什么叫PN结的单向导电性
什么叫PN结的单向导电性1.什么叫PN结的单向导电性？PN结加正向电压？PN结加反向电压？(p123)PN结加正向电压是指P区接电位，N 区接电位。
PN结具有向导电性是指PN结加向电压导通，加向电压截止。
2. 常温下硅管及锗管的死区电压，正向导通电压各为多少伏？0.5，0.2，0.7，0.3伏(p125)3.三极管工作在放大区，饱和区，截止区的外部条件各是什么？(p147) (自己做p146/6-6，4. 三极管工作在放大区的外部条件是发射结偏，集电结偏；三极管工作在饱和区的外部条件是发射结偏，集电结偏；三极管工作在截止区的外部条件是发射结偏或偏，集电结偏。
5.NPN型三极管实现放大作用的条件是：PNP型三极管实现放大作用的条件是：A、V E>V B >V CB、V C>V B > V EC、V B>V E。
>V CD、V C>V E > V B6.假设下列各管均为硅管，根据三极管各极对地的电位，判断三极管为硅管还是锗管，为NPN型还是PNP型，工作状态为放大、饱和，还是截止：(自己做p147/6-13 p147/6-14 )V1为硅管, ，为型，为状态V3为锗管,为型，为状态7.在晶体管放大电路中，测得晶体管的各个电极的电位如图1.1所示，该晶体管的类型是Ａ．NPN型硅管Ｂ．PNP型硅管Ｃ．NPN型锗管2V 6VＤ．PNP型锗管1.3V8.直流稳压电源一般由哪4部分组成？每部分作用是什么？(p210 )并联型稳压电路中，稳压二极管主要工作在反向 区。
( p216 p218 )9.试写出单相（半）全波整流输出电压公式？ V O =0.45V 2 V O =0.9V 2 ？ (p211/212) 试写出单相（半）全波整流再滤波后输出电压公式？V O =1.0V 2 V O =1.2V 2？(p213)10.画出与，或，非，与非，或非 ，异或门的逻辑符号，写出逻辑表达式，（p229-233） 与门电路的逻辑功能是 ， ； 或门电路的逻辑功能是 ， 。
1.常用半导体器件
第五节 场效应晶体管
N沟道增强型MOS管 N沟道耗尽型MOS管 MOS管的主要参数及使用注意事项
返回
场效应晶体管是用输入回路的电场效应来控 制半导体中的多数载流子，使流过半导体内的电 流大小随电场强弱而变化，形成电压控制其导电 的一种半导体器件。与晶体管相比场效应晶体管 更易于集成。
场效应晶体管有两种: 结型场效应晶体管 绝缘栅型场效应晶体管
发光二极管的发光颜色取决于使用的材料。
发光二极管只能工作在正向偏置状态，工 作 时电路中必须串接限流电阻。
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第四节 晶体管
晶体管的基本结构和类型 晶体管的电流分配和放大原理 晶体管的特性曲线 晶体管的主要参数 温度对晶体管特性和参数的影响
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一、晶体管的基本结构和类型
集电极
集电结
集电区
基极
基区
返回
例2、已知ui = 6sinωt，UZ =3V，画输出波形。
ui /V
6
ui
VS
3
uo O
ωt
uo
3
O
ωt
返回
例3、图示电路中，稳压管VS1、VS2的稳压值分
别为UZ1＝5V，UZ2＝7V，正向压降为0.7Ｖ，若
输入电压Ui波形如图所示，试画出输出电压波
形。
Ui
R
12V
Ui R
Uo 6V VS1 VS2 －2V
（ NPN： VBC. > VNBP>NVE V C V B V E
PNP： VC<PUNB <PVE）V C V B V E
返回
例2：有三只晶体管，分别为 锗管β＝150， ICBO＝2μA； 硅管β＝100，ICBO＝1μA； 硅管β＝40，ICEO＝41μA；试从β和温度稳定 性选择一只最佳的管子。 解： β 值大，但ICBO也大，温度稳定性较差； β 值较大，ICBO＝1μA，ICEO＝101 μA ； β 值较小，ICEO＝41μA， ICBO＝1μA。 、 ICBO相等，但 的β 较大，故 较好。
pn结单向导电的原理
pn结单向导电的原理
PN结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型半导体和N
型半导体材料组成。
当P型半导体与N型半导体通过特定的工艺结
合在一起时，形成了PN结。
PN结的单向导电特性源于PN结的内建
电场和能带结构。
当PN结处于正向偏置时，即P端连接正电压，N端连接负电压，内建电场会被削弱，导致P型半导体的空穴和N型半导体的电子被
注入到结区域，形成少数载流子。
这些少数载流子会增加PN结区域
的导电性，导致电流通过PN结。
而当PN结处于反向偏置时，即P端连接负电压，N端连接正电压，内建电场会增强，阻止外部电流通过PN结。
这是因为反向偏置时，内建电场会阻止自由载流子通过结区域，从而阻止电流通过PN 结。
因此，PN结具有单向导电的特性，正向偏置时能够导通电流，
而反向偏置时几乎不导通电流。
这种单向导电特性使得PN结被广泛
应用于二极管、整流器等电子器件中。
简述pn结的原理
简述pn结的原理PN结是半导体器件中最基本的结构之一，由n型半导体和p型半导体直接接触构成。
它具有单向导电性，是半导体器件中最重要的基础元件之一。
PN结的形成是由于在n型半导体和p型半导体接触面上发生了扩散。
n型半导体中的自由电子会向p型半导体中扩散，而p型半导体中的空穴会向n型半导体中扩散。
这种扩散会导致接触面上的杂质离子被中和，形成一个电荷密度逐渐减小的区域，即空间电荷区。
空间电荷区中存在着未被中和的杂质离子，因此该区域具有电场，电场方向从p型半导体指向n型半导体，这种电场称为内建电场。
内建电场的大小取决于两种半导体的材料特性和掺杂浓度等因素。
当PN结处于静止状态时，内建电场会阻碍电子和空穴的扩散，使得PN结两侧形成了不同的电势。
在n型半导体一侧，电子浓度较高，形成了负电势；在p型半导体一侧，空穴浓度较高，形成了正电势。
这种电荷分布会形成一个电势垒，阻止电子和空穴的扩散。
当外加电场方向与内建电场方向相反时，内建电场会逐渐减弱直至消失，PN结会失去单向导电性。
在PN结导通时，由于电子从n型半导体向p型半导体扩散，空穴从p型半导体向n型半导体扩散，空间电荷区会缩小，内建电场减弱，PN结的电阻将会变得非常小。
在这种情况下，PN结会表现出极低的电压降和电阻，使得它可以作为半导体器件中的重要组成部分。
PN结的应用非常广泛，其中最为重要的应用之一是二极管。
二极管是一种PN结器件，具有单向导电性。
当外加正向电压时，PN结导通，电流可以流过二极管；当外加反向电压时，PN结不导通，电流无法流过二极管。
二极管广泛应用于电源、放大器、开关等电路中。
除了二极管之外，PN结还广泛应用于太阳能电池、场效应晶体管、光电二极管等器件中。
它们都利用了PN结的单向导电性和电阻特性来实现各种功能。
PN结是半导体器件中最基本的结构之一，具有单向导电性和电阻特性。
它的应用范围非常广泛，是现代电子技术中不可或缺的基础元件之一。
1.2.2PN结的特性
PN 结外加正向电压时内外电场方向相反外电场削弱内电场PN 结变窄多子的扩散运动占优势PN 结表现为导通状态。
正向电流的方向是从P 区流向N 区。
表现为正向电阻小。
1.2.2 PN 结的特性1、PN 结的单向导电性P 区N 区内电场空间电荷区外电场IERPN 结正偏：P 区接电源的正极，N 区接电源的负极。
P 区N 区内电场空间电荷区外电场IERPN结外加反向电压时内外电场方向一致外电场加强内电场PN 结变宽少子的漂移运动占优势反向电流很小，PN 结为截止状态。
反向电阻很大。
1、PN 结的单向导电性1.2.2 PN 结的特性P 区N 区内电场空间电荷区外电场RE I PN 结反偏：P 区接电源的负极，N 区接电源的正极。
P 区N 区内电场空间电荷区外电场R EI2、PN 结的伏安特性T =26mV kT U q =TS (e1)UU I I =-（1）①③②④①U ＜U th ，称为死区②U ＞U th ，称为正向导通区③区域称为反向截止区④区域称为反向击穿区温度的电压当量：23191.3810J/K =300K 1.610C k T q --⎧=⨯⎪⎨⎪=⨯⎩TS eUU I I ≈S-I I ≈3、PN 结的击穿特性①雪崩击穿②齐纳击穿掺杂浓度大，空间电荷区承受的反向电压大。
掺杂浓度小，少数载流子在空间电荷区漂移距离长。
P 区N 区内电场空间电荷区外电场REIP 区N 区内电场空间电荷区外电场REI(1) 势垒电容C B4、PN 结的电容效应势垒电容是描述在PN 结反偏时，空间电荷区的宽度随外加反向电压改变所产生的电容效应。
1.2.2 PN 结的特性(2) 扩散电容C D扩散电容是描述PN 结正偏时，两侧积累的非平衡载流子数量随外加正向电压改变所产生的电容效应。
PN 结的电容效应是影响半导体器件最高工作频率的根本原因。
电子浓度分布空穴浓度分布5、PN 结的温度特性1.PN 结的单向导电性2.PN 结的伏安特性3.PN 结的击穿特性4.PN 结的电容效应①PN 结具有热敏特性和光敏特性，因此它对环境温度的变化很敏感，表现为其伏安特性曲线将发生变化。
PN结的单向导电性
1.加正向电压（PN结正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子扩散形成正向电流I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － 正－向电流 + + + +
－ － －－ ++ + +
++ ++
IR
反压的大小无关，所以称 内电场 E
为反向饱和电流。但IR与温
度有关。
EW
R
PN结加正向电压时，具有较大的正向 扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；
PN结加反向电压时，具有很小的反向 漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。
由此可以得出结论：PN结具有单向导 电性。
3. PN结的伏安特性曲线及表达式
根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图
反向饱和电流 反向击穿电压
IF（多子扩散） 正偏
反偏
反向击穿
IR（少子漂移）
电击穿——可逆 热击穿——烧坏PN结
u
根据理论分析： i IS (e UT 1)
u 为PN结两端的电压降
当 u>0
u>>UT时
u
e UT 1
i 为流过PN结的电流 IS 为反向饱和电流
内电场 E
EW
R
2. 加反向电压(反偏)——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
PN结简介
PN结PN结（PN junction）。
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。
PN结具有单向导电性。
P是positive的缩写，N是negative 的缩写，表明正荷子与负荷子起作用的特点。
一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是P型半导体，另一部分掺有施主杂质是N型半导体时，P 型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称为PN结。
PN结有同质结和异质结两种。
用同一种半导体材料制成的 PN 结叫同质结，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。
PN结（PN junction）制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。
制造异质结通常采用外延生长法。
P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴；N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。
在P型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。
在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。
N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。
当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。
空穴和电子相遇而复合，载流子消失。
因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。
P 型半导体一边的空间电荷是负离子，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。
正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。
在PN结上外加一电压，如果P型一边接正极，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。
如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。
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本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现
两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流
自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。
在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡， 半导体中载流子便维持一定的数目。 注意：
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
–+
N
动画
内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小， 反向电阻较大，PN结处于截止状态。
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
－－－ － －－ + + + + + +
动画
－－－ － －－ + + + + + +
－－－ － －－ + + + + + +
P
内电场 外电场
N
–+
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
PN 结变宽
1. 1 PN结及其单向导电性
1.半导体的导电特性： 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做
成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
即可挣脱原子核的束缚， 成为自由电子（带负电），
同时共价键中留下一个空
Si
空穴
Si
价电子
位，称为空穴（带正电）。 这一现象称为本征激发。
温度愈高，晶体中产 生的自由电子便愈多。
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子
来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当
于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
PN结及其单向导电性
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + 动画 － － － － － － + + + + + +
浓度差 多子的扩散运动
形成空间电荷区
扩散的结果使
空间电荷区变宽。
PN结及其单向导电性
扩散和漂移 这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度固定不变。
载流子的两种运动——扩散运动和漂移运动 扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓
度高的区域向浓度较低区域的运动。 漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的
定向运动。
PN结及其单向导电性
PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动
内电场越强，漂移运 动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。
P 型半导体
内电场 N 型半导体
PN结及其单向导电性
二极管的单向导电性
1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴 极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管 正向电阻较小，正向电流较大。 2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极 接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向 电阻较大，反向电流很小。
3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去 单向导电性。
用于高频整流和开关电路中。
PN结及其单向导电性
(1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
PN结及其单向导电性
1.1.2 N型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, 形成杂质半导体。 在常温下即可
变为自由电子 掺入五价元素
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
动画 掺入三价元素 空穴 掺杂后空穴数目大量
增加，空穴导电成为这 种半导体的主要导电方 式，称为空穴半导体或 P型半导体。 在 P 型半导体中空穴是多 数载流子，自由电子是少数 载流子。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
PN结及其单向导电性
1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
PN结及其单向导电性
1.1.1 本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征 半导体。
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
PN结及其单向导电性
自由电子 本征半导体的导电机理
价电子在获得一定能量
（温度升高或受光照）后，
Si
Si
4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高 反向电流愈大。
PN结及其单向导电性
1.2 半导体二极管
1.2.1 基本结构
(a) 点接触型
(b)面接触型
结面积小、 结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。
结面积大、 正向电流大、 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。
(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，
Si
SipS+i源自Si多余 电子动画
掺杂后自由电子数目 大量增加，自由电子导电 成为这种半导体的主要导 电方式，称为电子半导体 或N型半导体。
失去一个 电子变为 正离子
磷原子 在N 型半导体中自由电子是 多数载流子，空穴是少数载 流子。
PN结及其单向导电性
1.1.2 N型半导体和 P 型半导体
Si
Si
1.1.4 PN结的单向导电性
1. PN 结加正向电压（正向偏置）P接正、N接负
PN 结变窄
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
动画
内电场被 削弱，多子 的扩散加强，
P IF
内电场 N
外电场
+–
形成较大的 扩散电流。
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
2. 在杂质半导体中少子的数量与 b （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 b ，N 型半导体中的电流主要是 a 。
（a. 电子电流、b.空穴电流）
PN结及其单向导电性
1.1.3 PN结的形成