md02PN结的形成及特性
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PN 结外加反向电压时，回路中反向电流非常小，几乎 等于零， PN 结处于截止状态。
PN 结加正向电压
P
空间电荷区
N
I
内电场方向
外电场方向
V
R
正向电压（正向接法、正向偏置、正偏） 空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流 在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防
思考：空穴比未加杂质时的数目多了还是少了？为什么？
杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导 电性越强，实现导电性可控。
2、P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如硼、镓、铟等， 即构成 P 型半导体。
P 型半导体的晶体结构
2、 P 型半导体
P 型半导体的特点
二、本征半导体
自由电子-空穴对：本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现的。 两种载流子
自由电子 空穴
由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。
在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。
载流子的浓度与温度密切相关：随着温度的升高，基本按指数规律增加。
空穴浓度远大于电子浓度，即 p >> n 多数载流子——空穴 少数载流子——电子
在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与 多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？
3、杂质半导体说明
杂质半导体的导电能力大大改善，且其导电能力由掺杂质浓度决定。 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。 杂质半导体总体上保持电中性。 杂质半导体的表示方法：
(a) N 型半导体
(b) P 型半导体
问题
为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半 导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？
为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是 影响温度稳定性的主要因素？
四、PN 结的形成及其单向导电性
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P 型半导体，另一侧掺 杂成为N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的 薄层，称为PN 结。
阻挡层
P
空间电荷区
N
□ 漂移运动
□ 内电场有利于少子运动—漂移。 □ 少子的运动与多子运动方向相反
内电场
UD
1、PN 结中载流子的运动
扩散与漂移的动态平衡
扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小； 随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加； 当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等于零，空
热击穿——不可逆
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
4、PN 结的电容效应
扩散电容CD
势垒电容CB
结电容Cj Cj=CD+CB
结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！
谢 谢!
三、杂质半导体
P 型半导体 N 型半导体
1、N 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体。
掺入 杂质后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最 外层有 5 个价电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身 原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。
P
PN结
N
图 1.2.1 PN 结的形成
1、PN 结中载流子P的运动
N
□ 扩散运动
电子和空穴浓度差形成 多数载流子的扩散运动。
耗尽层
P
空间电荷区
N
□ 扩散运动形成空间电荷区 —— PN 结，耗尽层。
1、PN 结中载流子的运动
□ 空间电荷区产生内电场
空间电荷区正负离子之间电位差 UD —— 电位壁垒；—— 内电场； 内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层。
止电流过大，可接入电阻 R。
PN 结加反向电压
P
空间电荷区
N
IS
内电场方向
பைடு நூலகம்
外电场方向
V
R
外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用，使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，产生反向电流I S； 由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小； 反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，随着温度升高， IS 将急剧增大。
5
1、N 型半导体
施主原子
N型半导体也称为电子型半导体
自由电子
多数载流子——电子
少数载流子——空穴
电子浓度＞＞空穴浓度
施主原子
1、N 型半导体
在T=300K 室温下： 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3； 本征硅的电子和空穴浓度: n=p=1.4×1010/cm3； 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3。 该三个浓度依次相差6个数量级。
2、PN 的单向导电性
当PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流， PN 结 处于 导通状态；
当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零， PN 结处于截止状态。
结论：PN 结具有单向导电性。
3、PN 的反向击穿
当PN结的反向电压增加 到一定数值时，反向电流突 然快速增加，此现象称为PN 结的反向击穿。
间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态 平衡。
空间电荷区的宽度约为几微米 ~ 几十微米；
电压壁垒 UD：硅材料约为(0.6 ~ 0.8) V,
锗材料约为(0.2 ~ 0.3) V。
2、PN 的单向导电性
PN 结外加正向电压时，回路中将产生一个较大的正向 电流， PN 结处于导通状态；
PN 结加正向电压
P
空间电荷区
N
I
内电场方向
外电场方向
V
R
正向电压（正向接法、正向偏置、正偏） 空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流 在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防
思考：空穴比未加杂质时的数目多了还是少了？为什么？
杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导 电性越强，实现导电性可控。
2、P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如硼、镓、铟等， 即构成 P 型半导体。
P 型半导体的晶体结构
2、 P 型半导体
P 型半导体的特点
二、本征半导体
自由电子-空穴对：本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现的。 两种载流子
自由电子 空穴
由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。
在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。
载流子的浓度与温度密切相关：随着温度的升高，基本按指数规律增加。
空穴浓度远大于电子浓度，即 p >> n 多数载流子——空穴 少数载流子——电子
在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与 多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？
3、杂质半导体说明
杂质半导体的导电能力大大改善，且其导电能力由掺杂质浓度决定。 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。 杂质半导体总体上保持电中性。 杂质半导体的表示方法：
(a) N 型半导体
(b) P 型半导体
问题
为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半 导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？
为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是 影响温度稳定性的主要因素？
四、PN 结的形成及其单向导电性
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P 型半导体，另一侧掺 杂成为N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的 薄层，称为PN 结。
阻挡层
P
空间电荷区
N
□ 漂移运动
□ 内电场有利于少子运动—漂移。 □ 少子的运动与多子运动方向相反
内电场
UD
1、PN 结中载流子的运动
扩散与漂移的动态平衡
扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小； 随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加； 当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等于零，空
热击穿——不可逆
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
4、PN 结的电容效应
扩散电容CD
势垒电容CB
结电容Cj Cj=CD+CB
结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！
谢 谢!
三、杂质半导体
P 型半导体 N 型半导体
1、N 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体。
掺入 杂质后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最 外层有 5 个价电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身 原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。
P
PN结
N
图 1.2.1 PN 结的形成
1、PN 结中载流子P的运动
N
□ 扩散运动
电子和空穴浓度差形成 多数载流子的扩散运动。
耗尽层
P
空间电荷区
N
□ 扩散运动形成空间电荷区 —— PN 结，耗尽层。
1、PN 结中载流子的运动
□ 空间电荷区产生内电场
空间电荷区正负离子之间电位差 UD —— 电位壁垒；—— 内电场； 内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层。
止电流过大，可接入电阻 R。
PN 结加反向电压
P
空间电荷区
N
IS
内电场方向
பைடு நூலகம்
外电场方向
V
R
外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用，使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，产生反向电流I S； 由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小； 反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，随着温度升高， IS 将急剧增大。
5
1、N 型半导体
施主原子
N型半导体也称为电子型半导体
自由电子
多数载流子——电子
少数载流子——空穴
电子浓度＞＞空穴浓度
施主原子
1、N 型半导体
在T=300K 室温下： 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3； 本征硅的电子和空穴浓度: n=p=1.4×1010/cm3； 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3。 该三个浓度依次相差6个数量级。
2、PN 的单向导电性
当PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流， PN 结 处于 导通状态；
当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零， PN 结处于截止状态。
结论：PN 结具有单向导电性。
3、PN 的反向击穿
当PN结的反向电压增加 到一定数值时，反向电流突 然快速增加，此现象称为PN 结的反向击穿。
间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态 平衡。
空间电荷区的宽度约为几微米 ~ 几十微米；
电压壁垒 UD：硅材料约为(0.6 ~ 0.8) V,
锗材料约为(0.2 ~ 0.3) V。
2、PN 的单向导电性
PN 结外加正向电压时，回路中将产生一个较大的正向 电流， PN 结处于导通状态；