pn结知识点
pn结基础(共91张)
N A (1 N A ND )
xn
[ 2r0
q
Vbi ND (1 ND
1
]2 NA)
xm
xn
xp
[ 2r0
q
1 ( NA
1 ND
1
)Vbi ]2
第15页，共91页。
② 有外加偏压时的突变(tūbiàn)结（非平衡突变(tūbiàn)结）
假设外加偏压V全部降落在耗尽层上
可忽略压降 （小注入）
p
p
0 p
p
p
0 p
n n0p n n
n nn0 n nn0 p p0p p p
p
n
xp xn
第25页，共91页。
非平衡(pínghéng)pn结－能带图
EC
EC
EC
E
p f
EC
E
n f
E
p f
q(Vbi V f )
EC
E
p f
E
n f
EV
EV
EV
EV
EV
外加偏压使电子和空穴不再有统一的费米能级
N ( x)
0
N
(
x
)
N N
A D
x xj x xj
xj
x
单边突变结（p+n结或n+p
结）：一边的杂质浓度远大 于另一边
线性缓变结杂质分布的特 点：在结附近两侧杂质浓 度随距离线性变化，杂质 浓度梯度aj为常数。
N (x)
0
N(x) j (x xj )
xj
x
j
dN ( dx )xxj
突变结和线性缓变结是实际结杂 质浓度分布的两个极端近似。突 变结适用于表面浓度较高结深较 浅的结，线性缓变结适用于表面 浓度较低结深较深的缓变结。
pn结知识回顾
Vbi
xn E(x)dx
xp
E(x)
qND
si
(xxn)
0
=
E(x)dx
xn E(x)dx
xp
0
E(x)
qNA
si
(xxp)
xn
x
21
③ 耗尽区宽度
Vbi
q
2si
(NAx2p
NDxn2)
NAxp NDxn
xp
2siVbi
ND
q NA(NAND)
xn
2siVbi
NA
q ND(NAND)
qN
Em
qNW
si
25
势垒区电容
V VdV W WdW
QQdQ d E d Q si
Cj
dQ dV
dQ dQW
si
W
si
26
偏压条件下的PN结
1
W2qsiVbi
1 NA
1
ND
2
27
偏压条件下的PN结
1
W2si(Vqbi Vr)N1AN1D2
28
偏压条件下的PN结
1
W2si(Vqbi Vf)N1AN1D2
18
② 内建电场
NAxp NDxn
Em
qNA
si
xp
qND
si
xn
E
xp 0 xn
x
qNDxn 或 qNAxp
si
si
19
耗尽区宽度
P
N
xp 0 xn
E
xp
xn
总耗尽区宽度:
W xn xp
E d
dx
x
Vbi
【半导沙雕】pn结基础知识
【半导沙雕】pn结基础知识
【原创版】
目录
1.PN 结的定义与结构
2.PN 结的特性
3.PN 结的应用
正文
一、PN 结的定义与结构
PN 结，全称为 P 型半导体与 N 型半导体结，是由 P 型半导体和 N 型半导体相互接触而形成的。
P 型半导体中含有较多的空穴（电子空位），N 型半导体中含有较多的自由电子。
当 P 型半导体与 N 型半导体接触时，空穴和自由电子会发生复合，形成一个电子空位和空穴的平衡区域，这就是 PN 结。
二、PN 结的特性
1.单向导通性：PN 结具有单向导通性，即只有在正向电压作用下（P 端接正，N 端接负），PN 结才能导通，电流才能通过。
而在反向电压作用下（P 端接负，N 端接正），PN 结是绝缘的，电流不会通过。
2.动态响应特性：PN 结的动态响应特性是指在外加电压改变时，PN 结的导通或截止状态随之改变的特性。
当外加电压迅速改变时，PN 结的导通或截止状态不能立即跟随改变，存在一定的延迟，这就是 PN 结的动态响应特性。
三、PN 结的应用
1.二极管：PN 结最基本的应用是制作二极管。
二极管是电子器件中最常见的元件之一，具有单向导通性，常用于整流、限幅、信号切换等电路。
2.晶体管：PN 结也是晶体管的核心组成部分。
晶体管是电子器件中最重要的元件之一，具有放大、开关等功能，广泛应用于放大器、稳压器、脉冲发生器等电路。
3.光电二极管：PN 结还可以用于制作光电二极管。
光电二极管是一种光敏半导体器件，具有光电转换功能，广泛应用于光电传感器、光电开关等光电子器件。
电工电子技术基础知识点详解2-1-1-PN结
一、P N结的形成在基材本征半导体上利用一定的工艺制作一个P区(P型半导体)，制作一个N区(N型半导体)，在两区交界处，由于多子的扩散运动，在交界处形成了正负电荷(正负离子)区。
空穴的扩散运动自由电子的扩散运动3价杂质原子形成的负离子5价杂质原子形成的正离子正负电荷产生静电场静电场静电场方向少子产生漂移运动静电场促使少子漂移静电场阻止多子扩散扩散运动和漂移运动达到平衡(动态平衡)，形成P N结，又称为空间电荷区还称为耗尽层。
二、P N 结的单向导电性P N 结正偏:外加电源使P 区的电位高于N 区的电位，称外加正向电压。
P N 结反偏:外加电源使P 区的电位低于N 区的电位，称外加反向电压。
P N 结正偏限流电阻◆正偏状态的P N结称为导通状态，扩散电流称为正向导通电流。
◆外电场使空间电荷区变窄，多子扩散运动加强，阻止少子的漂移运动。
P N 结反偏◆反偏状态的P N 结称为截止状态，漂移电流称为反向电流。
◆外电场使空间电荷区变宽，阻止多子扩散运动，加强少子的漂移运动。
◆因为少子量少，漂移电流很小，在近似计算中认为该电流为0。
◆单向导电性：正向导通，反向截止。
三、P N 结的电容效应◆ P N 结内部有动态电荷和束缚电荷两种，这两种电荷的多少都受外电场的影响，所以P N 结有电容效应。
P N 结正偏时外电场对动态电荷影响较大，此时的电容称为扩散电容C d 。
P N 结反偏时外电场对束缚电荷影响较大，此时的电容称为势垒电容C b 。
结电容bd j C C C +=◆ P N 结的电容效应使半导体器件在电子电路中对信号频率有一定的限制，当频率太高时，P N 结将失去单向导电性。
总结：本节知识点的关键词：扩散运动；漂移运动；空间电荷区；单向导电性；结电容。
思考题1.P N结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？2.为什么半导体器件有最高工作频率？。
总结pn结
总结 pn 结引言pn 结是指由一种p型半导体和一种n型半导体组成的结构，广泛应用于半导体器件中。
本文将总结pn结的基本原理、应用领域以及常见问题与解决方法。
一、pn 结的基本原理1. 构成pn 结由p型半导体和n型半导体组成，其中p型半导体富含正电荷载流子（空穴），n型半导体则富含负电荷载流子（电子）。
2. 结电势差当p型半导体与n型半导体相接触时，由于电子和空穴的扩散和结合，形成一个带电离子层。
这一过程会导致pn 结两侧的电势差，形成电势垒。
3. 动态平衡在静止状态下，当电势垒达到平衡时，p型半导体一侧的正电荷与n型半导体一侧的负电荷形成了耗尽区。
此时，电势差阻碍了进一步的扩散和结合。
4. 正向偏置和反向偏置在正向偏置下，外加电压使得电势差减小，进一步扩大耗尽区，导致载流子的扩散和结合加剧。
这样，电流得以通过pn 结。
在反向偏置下，外加电压增大电势差，进一步增强耗尽区，阻碍电流通过。
二、pn 结的应用领域1. 整流器pn 结由于具有单向导电特性，在电子设备中被广泛应用于整流器电路，将交流电信号转换为直流电信号，从而满足电子设备对直流电的需求。
2. 发光二极管pn 结在电流通过时会发生辐射激发现象，从而产生可见光。
这一特性被应用于发光二极管（LED）的制造，用于照明、指示灯和显示屏等领域。
3. 太阳能电池当光照射到pn 结上时，光子的能量将产生电子和空穴对。
这些载流子的运动会引起直流电压，在太阳能电池中将太阳能转化为电能。
4. 双向导通二极管双向导通二极管（TRIAC）利用了pn 结的双向导通特性，可以实现双向导通的控制，广泛应用于电能调节和开关控制等领域。
三、pn 结常见问题与解决方法1. 温度效应温度的变化会影响pn 结的导电性能，导致电流的变化。
解决方法是在设计中考虑温度补偿措施，如使用温度传感器进行反馈控制。
2. 热失效在高温环境下，pn 结可能会发生热失效，导致器件损坏。
解决方法是通过散热设计、温度保护器等方式来控制温度，保护pn 结的稳定性。
第五章-PN-结
（a）平衡p-n结势垒区； （b）正偏时，势垒区变窄； （c）正偏时，p-n结载流子变化
PN结电容的计算
突变结势垒电容公式
①突变结的势垒电容和结的面积以及轻掺杂一边的杂质浓度的平方根成正比，因此减小结面积以及降低轻掺杂一边的杂质浓度是减小结电容的途径； ②突变结势垒电容和电压（VＤ—V）的平方根成反比，反向偏压越大，则势垒电容越小，若外加电压随时间变化，则势垒电容也随时间而变，可利用这一特性制作变容器件。以上结论在半导体器件的设计和生产中有重要的实际意义。
图5－14反向偏压下p－n结的费米能级（非常重要）
8·理想p-n结模型及其电流电压方程
符合以下假设条件的p-n结称为理想p-n结模型： （1）小注入条件 即注入的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多； （2）突变耗尽层条件即外加电压和接触电势差都降落在耗尽层上，耗尽层中的电荷是由电离施主和电离受主的电荷组成，耗尽层外的半导体是电中性的。因此，注入的少数载流子在p区和n区是纯扩散运动； （3）通过耗尽层的电子和空穴电流为常量，不考虑耗尽层中载流子的产生及复合作用； （4）玻耳兹曼边界条件即在耗尽层两端，载流子分布满足玻耳兹曼统计分布。
外电场与自建场方向相反，外电场减弱PN结区的电场，使原有的载流子平衡受到破坏
—— 非平衡载流子 —— PN结的正向注入
电子扩散电流密度
—— 外加电场使边界处电子的浓度提高 倍
和
比较得到
正向注入，P区边界电子的浓度变为
边界处非平衡载流子浓度
—— 正向注入的电子在P区边界积累，同时向P区扩散 —— 非平衡载流子边扩散、边复合形成电子电流
(3)．热电击穿
当p-n结上施加反向电压时，流过p-n结的反向电流要引起热损耗。反向电压逐渐增大时，对应于一定的反向电流所损耗的功率也增大，这将产生大量热能。如果没有良好的散热条件使这些热能及时传递出去，则将引起结温上升。 反向饱和电流密度随温度按指数规律上升，其上升速度很快，因此，随着结温的上升，反向饱和电流密度也迅速上升，产生的热能也迅速增大，进而又导致结温上升，反向饱和电流密度增大。如此反复循环下去，最后使Js无限增长而发生击穿。这种由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击穿。对于禁带宽度比较小的半导体如锗p-n结，由于反向饱和电流密度较大，在室温下这种击穿很重要。
pn结概念
pn结概念
PN结是半导体器件中最基本、最重要的元件之一，其概念和作用被广泛应用于半导体器件的设计和制造中。
本文将围绕PN结的概念和
形成过程展开介绍。
1. PN结的概念
PN结是由一段掺杂了杂质原子的p型半导体和n型半导体组成的结构。
p型半导体中掺杂的杂质原子一般为三价元素，如硼；n型半导
体中掺杂的杂质原子一般为五价元素，如磷。
PN结的组成中，p型半
导体的电子浓度低于杂质原子的浓度，将会形成电子空穴；n型半导体的杂质浓度远高于p型半导体，即n型半导体中有很多自由电子，形
成了载流子的集体。
2. PN结的形成
PN结的形成一般采用扩散工艺。
首先，在n型半导体表面形成一层熔融的玻璃。
然后，在玻璃上均匀地撒上少量的霰粒，霰粒中含有
硼元素，硼元素通过扩散进入到n型半导体晶片表面，形成p型半导体。
因为两种半导体的电子浓度不同，当两种半导体用金属接触在一
起时，由于电子向高浓度区扩散的趋势，会在接界面形成一个电势垒，这个电势垒就是PN结。
3. PN结的作用
PN结具有一系列的特殊性质，可以作为半导体器件的基础元件。
首先，PN结具有阻止电流反向流动的特性，大大提高了半导体器件的
稳定性。
其次，应用外加电压可以改变PN结的导电性质，使之成为电
流放大器、整流器等特殊器件。
此外，PN结还可以用于制作光电二极管、太阳能电池、发光二极管等器件，提供了半导体器件的基础技术。
总之，PN结的概念和作用在半导体器件领域是非常重要的，对于对半导体器件有兴趣或者从事相关行业工作的人员，了解和掌握PN结
的知识是必要的。
PN结及其特性详细介绍
P N结及其特性详细介绍1.PN结的形成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: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PN结的形成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。
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，在相对平衡时，流过PN结的电流为0。
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。
由于耗尽层的存在，PN结的电阻很大。
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PN结的形成过程（动画）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结中：P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；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PN结加正向电压时的导电情况如图所示。
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(2)PN结加反向电压时的导电情况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。
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两边浓度相差很多，若p区的受主杂质浓度较大，为p+n结。
氧化、光刻、扩散等工艺。
其杂质分布由扩散过程及杂质补偿决定。
缓变结
在这种结中，杂质浓度从p（n）区到n（p）区是逐渐变化的，通常称为缓变结。
空间电荷区
单独的n型或者p型半导体是电中性的（平衡状态）。
当两块半导体结合形成之间存在着载流子浓度梯度，导致了空穴从p区到n区，电子从
一般室温附近，对于绝大部分势垒区，其中杂质虽然都已电离，但载流子浓度比起数载流子浓度小很多，好像已经耗尽了。
所以通常也称势垒区为
很小，可以忽略，空间电荷密度就等于电离杂质浓度。
结电流电压特性
1.在非平衡载流子存在的区域内，必须用电子的准费米能级Efn
与正向偏压相似，位置不同。
结模型及其电流电压方程
假设条件
小注入条件
突变耗尽层条件
通过耗尽层的电子和空穴电流为常量
1.突变结的势垒宽度与势垒区上的总电压的平方根成正比。
谷值电流与电压。