PN结的形成及特性讲课文档

第十一页，共43页。
内电场E
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
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
PN结的形成及特性
第一页，共43页。
优选PN结的形成及特性
第二页，共43页。
载流子的漂移与扩散
以N型半导体为基片
+ + + + + ++ + + + + +
+ + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + +
+ + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + +
- - - - - -+ + + +++
P
N
当扩散与漂移作用平衡时
a. 流过PN结的净电流为零
b. PN结的厚度一定（约几个微米）
c. 接触电位一定（约零点几伏）
第十八页，共43页。
PN结形成过程动画演示
第十九页，共43页。
扩散使PN结变宽，使它的内电场变强，而漂移的作 用又使空间电荷区变薄，最终PN结稳定在一定的宽度.
第二十九页，共43页。
2．PN结反向偏置
(数量很少)，少子的运动叫做漂移运动。
第十二页，共43页。
结的形成
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ + + +++
N
扩散运动
扩散的结果是使空 间电荷区逐渐加宽
因为在PN结上只剩下了正负离子(正负电荷)，也可以。称作空间电荷区 .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，所以PN结也称作是耗尽层。
第十五页，共43页。
空间电荷层
P
N
第四页，共43页。
P 型半导体
N 型半导体
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
少子(自由电子)
P
N
少子(空穴)
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。
4.随着内电场的增强，扩散运动越来越缓慢，此
时它就达到了动态平衡.
第二十一页，共43页。
结的单向导电性
一个PN结就是一个二极管，在平衡状态下，PN结中没有电流。 PN结最重要的特性是单向导电特性。
第十页，共43页。
形成内电场
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
N
内电场(E)方向
一旦扩散以后，在它的介面上，就剩下了正离子和负离子，这时候就存形成一个电场.方 向是从带正电的N区指向带负电的P区。这个电场是在内部形成的，称为内电场E.
介面上自由电子和空穴就结合了。
第十六页，共43页。
形成电位势垒
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
电位V
P
N
第八页，共43页。
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ + + +++
P
N
扩散运动
在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。由于他们的量比较大， 我们称作多子在进行扩散运动.
第九页，共43页。
空间电荷层
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
N
扩散运动
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽。
P
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。
第十三页，共43页。
PN结一方面阻碍多子的扩散，另一方面加速少子的漂移
左边是P型半导体，右边是N型半导体。P型半导体里面还画出 了它的少子（自由电子）（一个小点），N型半导体里面也画 出了它的少子（空穴）（一个小圆圈 ）.
第五页，共43页。
P 型半导体
N 型半导体
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
P
E内
N
S
E
R
因此，导电电子（多数载流子）朝着PN结方向的移动产生了N区 的电流。这些导电电子进入P区后与空穴复合，变成价电子。然后 ，价电子会一个一个空穴地向阳极方向移动。
第二十七页，共43页。
- - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++
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。
第十七页，共43页。
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
扩散运动
漂移运动
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
N
第十四页，共43页。
内电场越强，漂移运动越强，而 漂移使空间电荷区变薄。
实验：PN结的导电性。按如下方式进行PN结导电性的实验，因为
PN结加上封装外壳和电极引线就是二极管，所以拿一个二极管来当成
PN结。P区为正极；N区为负极。对于图示的实验电路。
第二十二页，共43页。
二极管正向连接
二极管反向连接
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。
第二十六页，共43页。
- - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++
P型半导体和N型半导体一结合，在交界面上形成了 稳定的电层，我们利用PN结的这个特性了解它是如何具 备单向导电性 .
还要利用这个特性设计制造二极管和三极管。
第二十页，共43页。
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
向流动的元件。
第六页，共43页。
(1) 在浓度差的作用下，电子从 N区向P区扩散。
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
E内
N
S
E
R
价电子的移动实际上产生了空穴反方向的移动。所以P区中电 流是由空穴（多数载流子）朝着PN结方向移动产生的。
第二十八页，共43页。
PN结正偏动画演示
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动 →多子扩散形成正向电流I F
PN结内的电流由起支配地位的扩散电流决定，称为正向电流。
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。
第二十三页，共43页。
- - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++