PN结的形成及特性

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第 3章 二极管及其基本电路
形成电位势垒
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
电位V
N
势垒V0
电场的的方向是从髙电位往底电位走，就是从正离子往负 离子走，于是N区一边的电位高于P区一边，如图所示。 16
漂移运动
空间电荷区， 也称耗尽层。
P 型半导体
内电场E N 型半导体
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ + + +++
P
N
扩散运动 扩散的结果是使空 因为在PN结上只剩下了正负离子(正负电荷)，间也电可荷以区称逐作渐空加间宽电。荷区 .N
区中的导电电子为了进入P区，必须克服正离子的吸引和负离子的排斥力。
在粒子层建立后，PN结内的区域实际上已经耗尽了导电电子和空穴，1所4 以
PN结也称作是耗尽层。
第 3章 二极管及其基本电路
P型半导体的多子是什么？ 空穴 N型半导体的多子是什么？ 自由电子. 如果把他们接到一块，在他们的介面上就会存在截流子的浓 度差，如果存在浓度差，就会形成一系列的结果。
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第 3章 二极管及其基本电路
3.2.1 载流子的漂移与扩散
以N型半导体为基片
+ + + + + ++ + + + + +
+ + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + +
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
N
漂移运动
电场的的方向是从正离子往负离子走。电场的作用就会促进少数载流子的
运动，自由电子从低电位往髙电位走，空穴是从髙电位往底电位走，由于少
子的运动很弱(数量很少)，少子的运动叫做漂移运动。
P
N
扩散运动
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽。
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第 3章 二极管及其基本电路
形成内电场
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ + + +++
二极管正向连接
二极管反向连接
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第 3章 二极管及其基本电路
仿真P
此时发光二极管发光，说明PN结导电。
若P区的电位高于N区，电流从P区流到N区，PN结呈低 阻性，所以电流大； PN结正向偏置—— 当外加直流电压使PN结P型半导体的一 端的电位高于N型半导体一端的电位时（也就是允许电流流 过PN结的条件），称PN结正向偏置，简称正偏。
P
E内
N
S
E
R
当外加的偏置电压足以克服势垒电位时，电子就有足够的
能量进入耗尽层并越过PN结。与P区中空穴复合。当这些电
子离开N区后，会有更多的电子从电源的负端流出。
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第 3章 二极管及其基本电路
- - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++
P
E内
N
S
E
R
N
内电场(E)方向
内电场会促进少子的漂移运动，也抑制了多子的扩散运动，虽然少子的量很
少，随着漂移的增强，而扩散是越来越弱，最终会达到一种平衡。此时我们在
这个空间就相当于有这么一个结，这个结不是面，是一段宽度，这段宽度就叫
做PN结。
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第 3章 二极管及其基本电路
PN结一方面阻碍多子的扩散，另一方面加速少子的漂移 扩散运动
注：偏置就是指加在半导体元件上设置其工作条件的固定直
流电压。
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第 3章 二极管及其基本电路
- - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++
还要利用这个特性设计制造二极管和三极管。
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第 3章 二极管及其基本电路
小结 1.空间电荷区中没有载流子。只剩下正负离子.
2.空间电荷区由于存在内电场，内电场阻碍P区
中的空穴(多子)运动.由于多子很多我们称作扩 散运动。促进了少子的漂移运动.，
3.P 区中的电子和N区中的空穴（都是少），数
量有限，因此由它们形成的电流很小。
P
N
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第 3章 二极管及其基本电路
(2) 在浓度差的作用下，空穴从 P区向N区扩散。
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
E
R
当直流电源将二极管正向偏置后，由于静电场的作用，
电源的负端将N区中的导电电子推向PN结，而电源的正端也
将P区中的空穴推向PN结。
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第 3章 二极管及其基本电路
- - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++
空间电荷层
漂移运动
内电场E
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
扩散运动
N
在P区和N区交界面上，留下了一层不能移动的正、负 离子。在介面上自由电子和空穴就结合了。