PN结特性及击穿特性

PN结的击穿特性：

当反向电压增大到一定值时，PN结的反向电流将随反向电压的增加而急剧增加，这种现象称为PN结的击穿，反向电流急剧增加时所对应的电压称为反向击穿电压，如上图所示，PN结的反向击穿有雪崩击穿和齐纳击穿两种。

1、雪崩击穿：阻挡层中的载流子漂移速度随内部电场的增强而相应加快到一定程度时，其动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子—空穴对新产生的载流子在强电场作用下，再去碰撞其它中性原子，又产生新的自由电子—空穴对，如此连锁反应，使阻挡层中的载流子数量急

剧增加，象雪崩一样。雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN结中，阻挡层宽，碰撞电离的机会较多，雪崩击穿的击穿电压高。

2、齐纳击穿：当PN结两边掺杂浓度很高时，阻挡层很薄，不易产生碰撞电离，但当加不大的反向电压时，阻挡层中的电场很强，足以把中性原子中的价电子直接从共价键中拉出来，产生新的自由电子—空穴对，这个过程称为场致激发。一般击穿电压在6V以下是齐纳击穿，在6V以上是雪崩击穿。

3、击穿电压的温度特性：温度升高后，晶格振动加剧，致使载流子运动的平均自由路程缩短，碰撞前动能减小，必须加大反向电压才能发生雪崩击穿具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。6V左右两种击穿将会同时发生，击穿电压的温度系数趋于零。

4、稳压二极管：PN结一旦击穿后，尽管反向电流急剧变化，但其端电压几乎不变（近似为V(BR)，只要限制它的反向电流，PN结就不会烧坏，利用这一特性可制成稳压二极管，其电路符号及伏

安特性如上图所示：其主要参数有：VZ 、Izmin 、Iz 、Izmax

电压才能发生雪崩击穿具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。6V左右两种击穿将会同时发生，击穿电压的温度系数趋于零。

PN结的电容特性：

PN结除具有非线性电阻特性外，还具有非线性电容特性，主要有势垒电容和扩散电容。1、势垒电容：势垒区类似平板电容器，其交界两侧存储着数值相等极性相反的离子电荷，电荷量随外加电压而变化，称为势垒电容，用CT表示。

CT = - dQ/dV

PN结有突变结和缓变结，现考虑突变结情况（缓变结参见《晶体管原理》），PN结相当于平板电容器，虽然外加电场会使势垒区变宽或变窄但这个变化比较小可以忽略，

则CT=εS/L，已知动态平衡下阻挡层的宽度L0，代入上式可得：

CT不是恒值，而是随V而变化，利用该特性可制作变容二极管。

2、扩散电容：多子在扩散过程中越过PN结成为另一方的少子，当PN结处于平衡状态（无外加电压）时的少子称为平衡少子可以认为阻挡层以外的区域内平衡少子浓度各处是一样的，当PN结处于正向偏置时，N区的多子自由电子扩散到P区成为P区的非平衡少子，由于浓度差异还会向P 区深处扩散，距交界面越远，非平衡少子浓度越低，其分布曲线见[PN 结的伏安特性]。当外加正向电压增大时，浓度分布曲线上移，两边非平

衡少子浓度增加即电荷量增加，为了维持电中性，中性区内的非平衡多子浓度也相应增加，这就是说，当外加电压增加时，P区和N区各自存储的空穴和自由电子电荷量也增加，这种效应相当于在PN结上并联一个电容，由于它是载流子扩散引起的，故称之为扩散电容C D，由半导体物理推导得CD=（I + Is）τp/VT推导过程参见《晶体管原理》。

当外加反向电压时I = Is ，CD趋于零。

3、PN结电容：PN结的总电容Cj为CT和CD两者之和Cj = CT+CD ，外加正向电压CD很大，Cj以扩散电容为主（几十pF到几千pF），外加反向电压CD趋于零，Cj 以势垒电容为主（几pF到几十pF到）。

4、变容二极管：PN结反偏时，反向电流很小，近似开路，因此是一个主要由势垒电容构成的较理想的电容器件，且其增量电容值随外加电压而变化利用该特性可制作变容二极管，变容二极管在非线性电路中应用较广泛，如压控振荡器、频率调制等。