PN结的单向导电性
pn结单向导电的原理 -回复
pn结单向导电的原理-回复PN结单向导电的原理引言：PN结是半导体物质中最基本的结构之一，是现代电子器件中广泛应用的核心组成部分。
具有单向导电性质的PN结被广泛应用于二极管、光电二极管、太阳能电池等电子器件中。
本文将从基本概念出发，一步一步解释PN结单向导电的原理。
一、PN结的构成PN结由P型半导体和N型半导体材料组成。
P型半导体是通过在纯硅中掺入三价元素（如硼）形成的，它的主要载流子是空穴。
N型半导体则是通过在纯硅中掺入五价元素（如磷）形成的，其主要载流子是自由电子。
在P型半导体中，三价元素硼掺杂后，少了一个电子，形成了“空穴”。
而在N型半导体中，五价元素磷掺杂后，多了一个自由电子。
当P型和N 型半导体材料相互接触时，形成了PN结。
二、内建电场的形成当P型和N型半导体相接触时，发生了电子的扩散，自由电子从N区向P区扩散，空穴从P区向N区扩散。
这种扩散过程会导致N区的电子浓度增加，P区的空穴浓度增加，逐渐形成电子云和空穴云。
电子云和空穴云中存在着电荷分布的差异，这导致了PN结附近的电场形成。
由于电子云和空穴云的电荷分布不同，形成了内建电场。
内建电场方向从N区指向P区。
三、正向偏置状态在PN结中，当正向电压（与电子云和空穴云的分布方向相同）施加在P 区，负向电压（与电子云和空穴云的分布方向相反）施加在N区时，被称为正向偏置状态。
在正向偏置状态下，正电压使得P区的空穴云向内移动，N区的电子云向内移动。
这样，内建电场被削弱，PN结的阻断层变得较薄。
载流子在PN 结中可以流动，形成了导电通道。
电流可以正常通过PN结，此时PN结呈现出导电的特性。
四、反向偏置状态在PN结中，当负向电压施加在P区，正向电压施加在N区时，被称为反向偏置状态。
反向偏置状态下，反向偏压增强了内建电场的作用，使得PN 结的阻断层更加厚，不利于载流子的流动。
在反向偏置状态下，只有少数的载流子发生漂移，并且只有少量的载流子通过PN结。
因此，反向偏置状态下，PN结不会有可观的电流通过，表现为绝缘或高阻态。
PN结原理
PN结原理1.PN结的形成原理在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。
此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:因浓度差↓多子的扩散运动→由杂质离子形成空间电荷区↓空间电荷区形成内电场↓↓内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。
PN结形成过程的动态演示过程--请点击右链接图标进入：。
2. PN结的单向导电性PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大;反之是高阻性，电流小。
如果外加电压使：PN结P区的电位高于N区的电位称为加正向电压，简称正偏;PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。
(1)外加正向电压外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。
于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。
扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
PN结加正向电压时的导电情况的动态演示--请点击右链接图标进入：。
(2)外加反向电压外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。
内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。
此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN 结呈现高阻性。
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，故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，这个电流也称为反向饱和电流。
PN结加反向电压时的导电情况的动态演示--请点击右链接图标进入：PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流;PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
模电作业及答案
作业及答案第一章1、什么是P 型半导体、N 型半导体、PN 结？P 型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成P 型半导体，亦可称为空穴型半导体。
主要靠空穴导电。
N 型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成N 型半导体，亦可称为电子型半导体。
主要靠自由电子导电PN 结：采用不同的掺杂工艺，将P 型半导体与N 型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN 结。
PN 结具有单向导电性。
2、简述PN 结的单向导电性。
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，即PN 结外加正向电压时处于导通状态。
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，即PN 结外加反向电压时处于截止状态。
这就是PN 结的单向导电性。
3、简述PN 结的伏安特性。
如左图所示，当PN 结外加正向电压，电流i 随电压u 按指数规律变化；当PN 结外加反向电压，首先没有电流流过，但当反向电压增大到一定程度时，反向电流将急剧增加，将PN 结反向击穿。
P. 67四、已知稳压管的稳压值6V Z U =，稳定电流的最小值min 5mA Z I =。
求图T1.4所示电路中1o U 和2o U 各为多少伏。
解：(a) 1316V 2=1086(500102)6L oDZ L o R K U U V V U V R R K U V-Ω∴⨯=⨯=>=+⨯+Ω∴=只有当加在稳压管两端的电压大于其稳压值时，稳压管输出电压才为：(b) 226V 5=105(55)5L o L o R K U U V V R R K U VΩ∴⨯=⨯=++Ω∴=只有当加在稳压管两端的电压大于其稳压值时，稳压管输出电压才为：P. 69－70: 1.3，1.61.3 电路如图P1.3所示，已知t u i ωsin 5=(V )，二极管导通电压U D =0.7V 。
PN结的单向导电性及其分析
PN结的单向导电性及其分析作者：高俊杰来源：《电子技术与软件工程》2017年第12期摘要本文意在从本质上揭示PN结的导电机理，换种思路理解PN结的单向导电性。
找出规律在于化繁为简，本文若被认可也许能够建立起一种更为简单的PN结模型。
【关键词】微小的间隙接触电阻接触电动势单向导电1 前言提起PN结，大家都知道它具有正向导通、反向截止的特性，但PN结为何具有单向导电性呢？这个问题就复杂了，现在比较流行的是引入一个“空间电荷区”的概念来解释的，这就需要从PN结的构造说起。
2 PN结的单向导电性半导体具有掺杂性，P型和N型半导体就是利用在本征半导体也就是纯净的半导体中掺入不同价位的杂质元素而形成的。
P型也叫空穴型半导体，它是在硅、锗等4价元素中掺入3价的硼、铝等受主杂质，在其共价键结构中缺少1个电子而形成空穴（见图1）。
N型半导体则在硅、锗等4价元素中掺入5价的施主杂质磷、锑等，这时就会在共价键中多出一个电子而形成自由电子（见图2），因此半导体就具有了两种载流子——电子和空穴对。
在P型半导体中空穴是多子、电子是少子；N型半导体则相反，电子是多子、空穴是少子。
如果通过光刻和杂质扩散等方法就能将一块半导体分成P型半导体和N型半导体两部分，它们之间就是一个PN结。
它是构成半导体器件的基础，其实一个二极管就是一个PN 结。
那么PN结是怎么具有单向导电性的呢？通常的说法是在不加外电压时，这个PN结中P区的多子是空穴，N区的多子是电子（通常只考虑多子），因为浓度差，载流子必然向浓度低的方向扩散。
在扩散前，P区与N区的正负电荷是相等的，呈电中性。
当P区空穴向N区移动时，就在PN结边界处留下了不能移动的负离子，用带蓝圈的负电荷表示；当N区自由电子向P区移动时，就在PN结边界处留下了不能移动的正离子，用带红圈的正电荷表示，这样就在空间电荷区内产生了一个内建电场Upn，电场的方向是由N区指向P区的。
在扩散作用下随着Upn增大，载流子受到电场力Upn 的作用而做漂移运动，它的方向与扩散运动相反，最终使载流子扩散与漂移达到动态平衡，形成了空间电荷区，如图3所示。
pn结的形成单向导电原理 郭
pn结的形成单向导电原理一、 pn结的基本结构1.1 pn结的定义1.2 pn结的基本结构1.3 pn结的特点pn结是一种半导体器件，由n型半导体和p型半导体级联而成。
n 型半导体和p型半导体之间形成一种特殊的结构，称为pn结。
pn结既具有n型半导体的特性，又具有p型半导体的特性，其结构简单却有着重要的应用意义。
二、 pn结的形成原理2.1 能带理论2.2 pn结的形成过程2.3 pn结的内部电场2.4 pn结的内部电荷分布pn结的形成主要依靠n型半导体和p型半导体间的扩散过程和电场作用。
当n型半导体和p型半导体级联时，由于不同材料的电子亲和能不同，n型半导体的自由电子会向p型半导体扩散，而p型半导体的空穴也会向n型半导体扩散。
这种扩散过程最终导致n型半导体一侧形成负离子区，p型半导体一侧形成正离子区，从而在pn结内部形成了电场，使得pn结具有单向导电特性。
三、 pn结的单向导电特性3.1 pn结的整流特性3.2 pn结的击穿特性3.3 pn结的导通特性pn结由于结构的特殊性，具有明显的单向导电特性。
当外加正向电压时，pn结导通，电流通过；而当外加反向电压时，pn结截止，电流不通过。
这种单向导电特性使得pn结被广泛应用于整流器、稳压器、光电器件等领域。
四、 pn结的应用4.1 pn结整流器4.2 pn结稳压器4.3 pn结光电器件pn结由于其独特的结构和优良的特性，在电子领域有着广泛的应用。
pn结整流器可以将交流电转换为直流电，广泛应用于电源供电、通信设备等领域；pn结稳压器可以稳定电压，保护电子器件不受过压损坏；pn结光电器件可以将光信号转换为电信号，应用于光通信、太阳能电池等领域。
五、总结5.1 pn结的重要性和意义5.2 pn结的应用前景pn结作为一种重要的半导体器件，在现代电子领域有着重要的作用。
其单向导电特性使得其在电子器件中有着广泛的应用，尤其在整流、稳压、光电转换等方面具有重要的地位。
PN结的特性(8)
扩散运动>漂移运动
扩散电流占主导： 形成正向电流IF
正向电流IF随VF增加 很快，PN结表现为一 个很小的电阻(R小)
电位 V
VF VO-VF VO
PN结的特性
1. PN结的单向导电性——外加反向电压 (反偏)
多子扩散困难，
21 P
VR 12
N
扩散电流≈0
IR
少子漂移占主导 形成反向电流IR
反向电流IR很小，
PN结的特性
反向饱和电流
2. PN结的(10V-8-~I1特0-1性4A)
PN结的V-I 特性表达式:
反向饱和电流
iD IS (evD VT 1)
VT ——温度的电压当量
VT
kT q
波耳兹曼常数 1.38*10-23J/K
T=300k时，VT＝26mV
死区电压 （门坎电压）
正偏: v D
VT，iD
模拟电子技术
知识点：PN结的特性
1. PN结的单向导电性 2. PN结的V-I特性 3. PN结的反向击穿
PN结的特性
1. PN结的单向导电性
• 没有偏置
• 正偏
• 反偏
PN结的3种工作模式
PN结的特性
1. PN结的单向导电性——外加正向电压 (正偏)
PN结的平衡状态被打破
IF
12
P
VF 21
N 内电场ε0 外电场εF
➢ 2种：雪崩击穿和齐纳击穿
知识点：PN结的特性
1. PN结的单向导电性 2. PN结的V-I特性 3. PN结的反向击穿
R很大！
内电场ε0 外电场εR
IR的大小取决于温度！ 而与外加反压几乎无关！
电位 V
pn结单向导电性
pn 结单向导电性
单向导电性
PN 结加正向电压时，可以有较大的正向扩散电流，即呈现低电阻，我们称PN 结导通；PN 结加反向电压时，只有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，我们称PN 结截止。
这就是PN 结的单向导电性。
PN 结的单向导电性
PN 结具有单向导电性，若外加电压使电流从P 区流到N 区，PN 结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。
如果外加电压使：PN 结P 区的电位高于N 区的电位称为加正向电压，简称正偏；PN 结P 区的电位低于N 区的电位称为加反向电压，简称反偏。
（1）PN 结加正向电压时的导电情况。
复习题
一、填空题1.电阻元件是能元件，电容元件是能元件。
2.PN结的单向导电性指的是PN结偏置时导通，偏置时截止的特性。
3.若两个输入信号电压的大小，极性，就称为差模输入信号。
4.电路由、和三部分组成。
5.大小和方向均不随时间变化的电压和电流被称为电。
6.三角形联结的三相对称负载，若相电流为2A，则线电流为A,若相电流为10 A，则线电流为A,若相电流为20 A，则线电流为A。
7. 杂质型半导体的类型有和。
8..基本放大电路根据输入与输出回路公共端的不同可以分为、、和三种类型。
9.大小和方向均随时间按照正弦规律变化的电压和电流被称为电。
10.任何一个完整的电路都必须有、和11.已知一正弦电压u=311sin(628t-60º)V，则其最大值为V，频率为Hz，初相位为。
12.加在二极管上的正向电压大于死区电压时，二极管；加反向电压时，二极管。
13.半导体的导电能力随着温度的升高而。
14.本征半导体掺入微量的三价元素形成的是型半导体，其多子为。
15.电路如图所示，设U=12V、I=2A、R=6Ω，则U AB= V。
16.在纯电阻交流电路中，已知电路端电压u=311sin(314t-60º)V，电阻R=10Ω，则电流I= A,电压与电流的相位差φ= ，电阻消耗的功率P= W。
17.PN结的单向导电性指的是PN结偏置时导通，偏置时截止的特性。
18.已知图中U1＝2V，U2＝-8V，则U AB＝。
19.电路中任意一个闭合路径称为；三条或三条以上支路的交点称为。
20.直流电路如图所示，R1所消耗的功率为2W，则R2的阻值应为Ω。
21.在直流电路中，电感可以看作，电容可以看作。
22.三相对称负载作三角形联接时，线电流I L与相电流I P间的关系是：I P＝I L。
二、判断题（）1．在直流电路中，电感可以看作短路，电容可以看作断路。
（）2. 电压是产生电流的根本原因。
因此电路中有电压必有电流。
（）3.换路定则既适用于储能元件，又适用于耗能元件。
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后退
模拟电子技术基础
1.1.2 PN结的单向导电性 1．PN结正向偏置 2．PN结反向偏置模拟电子技术基础
1．PN结正向偏置 -
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+ + + + + +
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P
S
E内
N
R
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PN结呈现高阻、 2．PN结反向偏置 截止状态
PN结变宽 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
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+ + + + + + E内
P
不利多子扩散 有利少子漂移
N
内电场增强
S
R
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模拟电子技术基础
2．PN结反向偏置 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + R + + + + + +
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模拟电子技术基础
复习：PN结的形成 -
空间电荷层
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PN结 + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P
形成内电场
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N
内电场方向
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模拟电子技术基础
PN结形成过程动画演示
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模拟电子技术基础
《模拟电子技术》 微课课件
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模拟电子技术基础
复习：PN结的形成
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P
N
在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。在 P区和N区 交界面上，留下了一层不能移动的正、负离子
2. PN结反向偏置时，PN结变宽；多子的扩散运动
减弱，少子漂移运动加强；PN呈截止状态。 3. PN结反偏时，反向饱和电流为IS 课后作业： 教材 P23/ 1-1(4)~(7)
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模拟电子技术基础
PN结呈现低阻、导通状态 -
PN结变窄
+ + + + + + E内
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P
多子进行扩散 S
N
内电场被削弱 R
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模拟电子技术基础
PN结正偏动画演示
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模拟电子技术基础
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P
S
E内
N
因少子浓度主要与温度有关，反向电流与反向电压几 乎无关。此电流称为反向饱和电流，记为IS。
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模拟电子技术基础
PN结反偏动画演示
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模拟电子技术基础
总结：
1. PN结正向偏置时，PN结变窄；多子的扩散运动
加强，少子漂移运动减弱；PN结呈导通状态。