PN结及其单向导电性
PN结及其单向导电性
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现
两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流
自由电子和空穴都称为载流子。 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。
在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡， 半导体中载流子便维持一定的数目。 注意：
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
–+
N
动画
内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小， 反向电阻较大，PN结处于截止状态。
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
－－－ － －－ + + + + + +
动画
－－－ － －－ + + + + + +
－－－ － －－ + + + + + +
P
内电场 外电场
N
–+
PN结及其单向导电性
2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
PN 结变宽
1. 1 PN结及其单向导电性
1.半导体的导电特性： 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强
半导体的基础知识与PN结
空穴浓度多于自由电子浓度 空穴为多数载流子(简称多子）， 电子为少数载流子(简称少子)。
+3
(本征半导体掺入 3 价元素后，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 3 个价电 子，3与硅构成共价键，多余一个空 穴。)
6．在PN结的两端通过一块电流表短接，回路中无其它电源
，当用光照射该半导体时，电流表的读数是____C___。
A．增大 B．减小 C．为零 D．视光照强度而定
7．P型半导体中的多数载流子是__B_____。
A．电子 B．空穴 C．电荷 D．电流
8．N型半导体中的多数载流子是____A___。
A．自由电子 B．空穴 C．电荷 D．电流
B．P型半导体中只有空穴导电 C．N型半导体中只有自由电子参与导电 D．在半导体中有自由电子、空穴、离子参与导电
12．N型半导体中，主要靠__C_____导电，_______是少数载
流子。
A．空穴／空穴
B．空穴／自由电子
C．自由电子／空穴 D．自由电子／自由电子
13．P型半导体中，主要靠___B____导电，_______是少数载
+4
+4
+4
图 1.1.1 本征半导体结构示意图
3、本征半导体中的两种载流子
若 T ，将有少数价
T
电子克服共价键的束缚成
为自由电子，在原来的共 +4
+4
价键中留下一个空位—— 空穴。
自由电子和空穴使本
空穴
+4
+4
征半导体具有导电能力，
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。
P N 结介绍
漂移
(2).位垒高度↑ 漂移运动（少子） (2).位垒高度↑ →漂移运动（少子） ↑ →漂 位垒高度 移电流↑ 移电流↑ (3).反向电流决定于漂移电流此时PN结截止 反向电流决定于漂移电流此时PN结截止。 (3).反向电流决定于漂移电流此时PN结截止。 漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流， 漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流， 在一定的温度条件下， 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。 子浓度是一定的。 所以少子形成的漂移电流是恒定的， 所以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， 与所加反向电压的大小无关，这个电流也称 反向饱和电流IS IS。 为 反向饱和电流IS。 PN结加反向电压时 呈现高电阻， 结加反向电压时， PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很 小的反向漂移电流。 PN结具有单向导电 小的反向漂移电流。 即PN结具有单向导电 特性。 特性。
一、PN结的形成 PN结的形成
P + + + N + + + + + + PN结的接触电位： PN结的接触电位： 结的接触电位 (1).内电场的建立 内电场的建立， PN结中产生电位差 结中产生电位差。 (1).内电场的建立，使PN结中产生电位差。 从而形成接触电位V 又称为位垒) 从而形成接触电位Vϕ(又称为位垒)。 动态平衡时：扩散电流=漂移电流。 (2). 动态平衡时：扩散电流=漂移电流。 PN结内总电流=0。 PN结的宽度一定 结内总电流=0 PN结内总电流=0。 PN结的宽度一定 。 (3).PN结根据耗尽层的宽度分为对称结与 (3).PN结根据耗尽层的宽度分为对称结与 不对称结： 不对称结： 相等） 相等（杂质深度相等） 不对称结— 不对称结—杂质浓度高的侧耗尽层小于杂 质深度低的一侧，这样的PN PN结称为不对 质深度低的一侧，这样的PN结称为不对 称结
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结及其单向导电性
22
PN结正向偏置
+ P
变薄
－+ －+ －+ －+
多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：电子。取决于温度。
+4
+4
空穴
硼原子
+3
+4
11
归纳
◆
1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多 数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。
◆
2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂 浓度，少数载流子的数量取决于温度。
◆ 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。
往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力
明显改变。
2
1. 本征半导体
纯净的半导体。如：硅和锗
本征半导体的导电机理
1）.最外层四个价电子。
2）共价键结构
Ge
Si
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原子
共价键共用电子对
3
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价 键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难 脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体 中的自由电子很少，所以本征半导体的导电 能力很弱。
4
3）在绝对0度和没有 外界激发时,价电子完全 被共价键束缚着，本征 半导体中没有可以运动 的带电粒子（即载流 子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。
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
创客教育中的电子基础(2)——PN结及单向导电性
创客教育中的电子基础（2）
——PN结及单身导电性
要掌握晶体管器件及其特性，我们需要了解P型半导体、N型半导体和PN结。
P型半导体：在纯净的硅（或锗）晶体中掺入三
价元素(如硼、铝)形成的,其空穴的浓度大于自由电子的浓度。
N型半导体：在纯净的硅（或锗）晶体中
掺入五价元素(如磷、镓)形成的,其自由电子的
浓度大于空穴的浓度。
PN结：将P型半导体和N型半导体“压”
在一起时，在它们的交界面上会自由电子和空穴因浓度不同产生扩散运动，随着扩散运动进行的同时
产生了结电场（或称内建电场），
在结电场的作用下载流子进行
了漂移运动，当载流子的扩散与
漂移运动达到平衡时，就形成了一个相对稳定的PN结。
PN结具有单向导电性(如下图)。
当P区电位高于N区电位（正向偏置），在外电场的作用下，P区的空穴向N区移动，N区的电子向P区移动，当外电场抵消了内建电场作用后，就会开始有载流子从P区流向N区，形成了PN结正向导电；反之，当P区电位小于N区
电位（反向偏置），在外电场和内建电场同向叠加的作用下，P区的空穴偏离PN结向压向P区，同样N区的电子偏离PN结压向N区，
结处于截止状态。
PN结中无载流子通过，PN
2020年4月2日（鹤鸣）。
半导体的导电特性P型半导体与N型半导体的特征PN结及其
二、PN结及其单向导电型 1、PN结的形成
P区
N区
P区 空间电荷区
N区
内电场
图1-5 PN结的形成
8
形成过程：
当N型半导体和P型半导体结合在一起时，由于P型半导 体中空穴浓度高、电子浓度高，而N型半导体中电子浓度 高、空穴浓度低，因此在交界面附近电子和空穴都要从 浓度高的地方浓度低的地方扩散。P区的空穴要扩散到N 区，且与N区的电子负荷，在P区一侧就留下了不能移动 的负离子空间电荷区。同样，N区的电子要扩散到P 区， 且与P区的空穴负荷在N区一侧就留下了不能移动的正离 子空间电荷区。
图1-6 PN结的单向导电特性
反向偏置：加在PN结上的电压（反向电压），将P区接电源的负极，N区接电源的正极
11
思考题
1. 半导体最主要的导电特性是什么？ 2. PN结的主要特性是什么？ 3. P型半导体与N型半导体区别是什么？
12
4
特 征：
① 掺入微量的五价元素 ② 主要靠电子导电 ③ 自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子
5
2、P型半导体
空穴
＋4
＋4
＋4
＋4
＋3
＋4
硼原子
＋4
＋4
＋4
`
电子一空穴对
图1-4 P型半导体的结构 6
特征：
① 掺入微量的三价元素 ② 主要靠空穴导电 ③ 空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子
9
2、PN结的单向导电性
(1) PN结的正向导通特性
P
空穴 (多数)
变薄
IR
内电场
外电场
N
电子 (多数)
R
a. 正向偏置
正向偏置：指加在PN结上的电压（正向电压），将P区接电源的正极，N区接电源的负极
半导体的基本知识PN结及其单向导电性
+4
+4
+4
价电子填
补空穴而
使空穴移
动，形成
+4
+4
+4
空穴电流
+4 空穴的+移4 动 +4
自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动 也可形成空穴电流，它们的方向相反。只不过空穴的运
动是17靠相邻共价键中的价电子依次上第充1页章填空穴第下1来次页课实现的第返1。7回页
现代电子技术基础
半导体导电机理动画演示
33
上第1页章
第下1次页课
第返33回页
现代电子技术基础
(3)杂质对半导体导电性的影响
掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大的 影响，一些典型的数据如下:
1 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3
2 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
3 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3
杂质元素形成的。 b. P型半导体产生大量的空穴和负离子。
c. 空穴是多数载流子,电子是少数载流子。
d. 因空穴带正电，称这种半导体为P(positive)型或 空穴型半导体。
32
上第1页章
第下1次页课
第返32回页
现代电子技术基础
当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可 将N型转为P型； 当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可 将P型转为N型。
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[精品文档]pn结二极管的单向导电性
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PN结的单向导电性PN结在外加电压的作用下，动态平衡将被打破，并显示出其单向导电的特性。
1、外加正向电压当PN结外加正向电压时，外电场与内电场的方向相反，内电场变弱，结果使空间电荷区（PN结）变窄。
同时空间电荷区中载流子的浓度增加，电阻变小。
这时的外加电压称为正向电压或正向偏置电压用VF表示。
在VF作用下，通过PN结的电流称为正向电流IF。
外加正向电压的电路如图所示。
2、外加反向电压外加反向电压时，外电场与内电场的方向相同，内电场变强，结果使空间电荷区（PN结）变宽, 同时空间电荷区中载流子的浓度减小，电阻变大。
这时的外加电压称为反向电压或反向偏置电压用VR表示。
在VR作用下，通过PN结的电流称为反向电流IR或称为反向饱和电流IS。
如下图所示。
3、PN结的伏安特性根据理论分析，PN结的伏安特性可以表达为：式中iD为通过PN结的电流，vD为PN结两端的外加电压；VT为温度的电压当量=kT/q=T/11600=0.026V，其中k为波尔慈曼常数（1.38×10-23J/K），T 为绝对温度（300K），q为电子电荷（1.6×10-19C）；e为自然对数的底；IS为反向饱和电流。
财务一周工作小结[财务一周工作小结]财务一周工作小结 上班一周，第一天把手头的工作理了理头绪;第二、三天去帮学院收费，下班后又回到办公室加班，所以周四的时候基本上理清了SZGT股权调整的问题，并反应到王老师那里;周五上午把王老师提出的意见完善后又向王老师请教了一个关于交叉持股的问题，之后回办公室和敏敏聊了半个上午，到下午又去参加公司党委的活动了，财务一周工作小结。
一周大致情况就这样，一个人待在办公室里的感觉不像想像中的那么差。
没有人聊天，工作效率更高了。
这一周总的来说，工作完成得还不错，今天来加了半天班，除了还有两个问题需要向电子和通信两个集团相关人员请教一下之外，其他的都整理好了。
希望明天能顺利找到需要的信息，然后报给王老师。
电子技术习题答案
第1章半导体晶体管和场效应管一、重点和难点1.半导体材料的导电特性半导体材料的导电特点决定了半导体器件的特点和应用场合，因此透彻的了解半导体的导电特点是学习电子技术的基础，也是本章的重点之一。
2.PN结的单向导电性所有的半导体器件都是由一个或者多个PN结组合而成的，深刻理解PN结的单向导电性的特点是本章的重点。
3.二极管的参数二极管的参数中，有表示极限的参数，有表示优劣的参数，同时有直流参数，又有交流参数，有建立在时间积累效应基础上的电流参数，还有建立在雪崩效应和隧道效应基础上的瞬时电压参数，正确的理解二极管的参数是应用的前提和基础，掌握每个参数的意义是本章的重点，也是本章的难点，4.二极管的应用二极管的主要利用其单向导电性可以用来构成各种电路，二极管的应用是本章的重点。
5.三极管的结构三极管的是由两个相互关联的PN结构成的，三极管由于其内部载流子的运动规律难于形象描述而成为本章的难点。
6.三极管的特性三极管不论输入还是输出都是非线性的，故此其为本章的难点，由于了解管子的特性是对于管子应用的基础和前提，因此正确理解输入电流对输出电流的控制也是本章的重点。
7.三极管的应用三极管在日常生活中有着非常广泛的应用，模拟电子中主要用其放大作用，数字电子中主要用其开关作用。
学习的目的主要是为了应用，因此是本章的重点。
二、学习方法指导1.半导体材料的导电特性半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，其导电特性包括：对温度反映灵敏(热敏性) ，杂质的影响显著(掺杂性) ，光照可以改变电阻率(光敏性)。
2.自由电子和空穴当一部分价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下相应的空位，这个空位被称为空穴。
原子因失去一个价电子而带正电，也可以说空穴带正电。
在本征半导体中，电子与空穴总是成对出现的，它们被称为电子空穴对。
如果在本征半导体两端加上外电场，半导体中将出现两部分电流：一是自由电子将产生定向移动，形成电子电流；一是由于空穴的存在，价电子将按一定的方向依次填补空穴，亦即空穴也会产生定向移动，形成空穴电流。
PN结的单向导电性
作业一：定性解释PN结的单向导电性解答：在上课时老师已经讲到：“在PN结没有外加电压时，PN结中载流子的扩散运动和漂移运动达到动态平衡，所以通过PN结的总电流为零。
”此时扩散电流=漂移电流，参考图如下图所示：加正向电压时，即正偏——电源正极接P区，负极接N区，外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场→电场力不足以阻止扩散运动→扩散运动加强，漂移运动减弱→多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）。
正向电压由于引起的是多子运动，结电压很低，显示正向电阻很小，称为正向导通。
加反向电压时，即反偏——电源正极接N区，负极接P区，外电场的方向与内电场方向相同。
外电场加强内电场→更大电场力促进漂移运动→漂移运动增强→少子漂移形成反向电流。
由于反向电压引起的漂移运动是由少子形成，数量很少，所以电流很小，可以忽略不计，结电压近似等于电源电压，显示反向电阻很大，称为反向截止。
故PN结具有单向导电性。
作业二：根据给出的数据，验证摩尔定律解答:用T表示Transistor count，P表示Process，用A表示Area，用D表示Date of introduction我们假设Transistor count每x年增加一倍，则,两边同时取对数可得由此可见，函数为一次函数关系，且斜率为。
根据这个公式，我对T,P,A 分别去了对数，利用数学软件分析出了一些数据如下图所示：由图可知，函数 的斜率为0.33528，而 = 0.69314,所以x=2.06737，符合摩尔定理；而函数 的斜率为0.06097，远小于0.33528，且曲线波动较大，难以拟合，故不符合摩尔定理；对于函数 而言，其斜率应该为，对应为-0.14835，所以x=4.67233，即大概每4,5年Process 变为原来的一半。
19701975198019851990199520002005201020152020510152025l n (T )/l n (P )/l n (A )Date of introduction。
简述pn结内建电场的形成过程
简述pn结内建电场的形成过程一个二端的PN结，它不仅具有单向导电性，而且还具有内建电场，这种现象叫做pn结的单向导电性。
pn结的单向导电性是因为pn结具有内建电场，在电场作用下，处于电场中的两个pn结，在它们的原子周围都形成电荷的聚集。
电场愈强，则空间电荷聚集得愈多，两个pn结所形成的内建电场也就愈大。
同时，空间电荷的存在也增加了pn结的表面自由能，它促使电子尽可能地在表面积累，从而使单向导电性能得以发挥。
因此，在较强的电场作用下， pn结具有单向导电性。
(1)正偏pn结内建电场的形成在结的两边施加反向电压，可以观察到pn结呈现明显的偏转，这就是在pn结内建电场。
当给pn结加上的电压足够高时，电场强度超过它的非静电稳定电场强度，于是pn结中形成正电荷，称为阴极，两侧形成相反电荷的积累区，称为阳极，正、负电荷的电势差就是pn结的内建电场。
( 2)反偏pn结内建电场的形成同理，如果把pn结反过来加上一个与pn结内电场方向相反的电压，就会发现pn结又将呈现出截止状态。
为什么加反向电压就能够消除pn结的内建电场呢?其原因是pn结的内建电场是由于外电场和pn结自建电场共同作用引起的。
为什么pn结两端施加电压时就会产生内建电场呢?原因是pn结具有内建电场， pn结在电场作用下，处于电场中的两个pn结，在它们的原子周围都形成电荷的聚集，电场愈强，则空间电荷聚集得愈多，两个pn结所形成的内建电场也就愈大。
同时，空间电荷的存在也增加了pn结的表面自由能，它促使电子尽可能地在表面积累，从而使单向导电性能得以发挥。
因此，在较强的电场作用下， pn结具有单向导电性。
但是，这种电场力随着外加电压的升高而增大。
因此，随着外加电压的提高， pn结的单向导电性将受到破坏，所以， pn 结的内建电场不能无限制地被利用，只有在某一临界电压下，才能充分发挥pn结的单向导电性，即pn结具有内建电场的临界值。
实验证明： pn结的内建电场最容易达到的临界电压值约为3。
P-N半导体和单向导电原理
半导体现在市场上的半导体大多是硅元素.但是半导体大多数都在过度元素部分找,详情见元素周期表。
不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。
本征半导体的导电能力很弱，热稳定性也很差，因此，不宜直接用它制造半导体器件。
半导体器件多数是用含有一定数量的某种杂质的半导体制成。
根据掺入杂质性质的不同，杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两种。
什么是N型半导体？P型半导体？在纯净的硅晶体(本征半导体)中掺入五价元素（如磷，锑，砷等），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。
在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼、铟等。
），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体。
主要的掺杂方法有离子注入和热扩散原理P型半导体硼元素最外层只有三个电子，而硅最外层有四个电子，硼掺进去后，与硅就不能形成稳定的8个电子的结构，形成一个空穴。
这个空穴相当于一个正电子。
可在导体中运动。
在本征半导体硅（或锗）中，若掺入微量的3价元素，如硼，这时硼原子就取代了晶体中的少量硅原子，占据晶格上的某些位置，如图Z0104所示。
由图可知，硼原子的3个价电子分别与其邻近的3个硅原子中的3个价电子组成完整的共价键，而与其相邻的另1个硅原子的共价键中则缺少1个电子，出现了1个空穴。
这个空穴被附近硅原子中的价电子来填充后，使3价的硼原子获得了1个电子而变成负离子。
同时，邻近共价键上出现1个空穴。
由于硼原子起着接受电子的作用，故称为受主原子，又称受主杂质。
在本征半导体中每掺入1个硼原子就可以提供1个空穴，当掺入一定数量的硼原子时，就可以使半导体中空穴的数目远大于本征激发电子的数目，成为多数载流子（多子），而电子则成为少数载流子（少子）。
显然，参与导电的主要是空穴，故这种半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。
P型半导体中，空穴浓度远大于自由电子浓度。
空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。
空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。
掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。
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PN结及其单向导电性电工技术与电子技术电工技术与电子技术
第 14 章半导体器件
主讲教师：张晓春
PN结及其单向导电性主讲教师：张晓春
PN结及其单向导电性主要内容：
PN结的形成；
PN结的单向导电性。
重点难点：
PN结的单向导电性。
1. PN 结的形成
多子的扩散运动 内电场 少子的漂移运动 浓度差 P 型半导体 N 型半导体
空间电荷区也称 PN 结 扩散和漂移这一对相反的运动最终达到
动态平衡，空间电荷
区的厚度固定不变。
－ － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + － － － － － － － － 形成空间电荷区 扩散的结果使
空间电荷区变宽。
内电场越强，漂移
运动越强，而漂移
使空间电荷区变薄。
2. PN 结的单向导电性
(1) PN 结加正向电压 (正向偏置) P 接正、N 接负
内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。
PN 结加正向电压时，PN 结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN 结处于导通状态。
PN 结变窄
外电场 I F 内电场 P N
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + +
+
+ + –
PN 结变宽
(2) PN 结加反向电压 (反向偏置) 外电场 内电场被加强，少子的漂移加强，
由于少子数量很
少，形成很小的
反向电流。
I R P 接负、N 接正
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
– + PN 结加反向电压时，PN 结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN 结处于截止状态。
内电场 P N
+ + + － － － － － － + + + +
+ + + + + － － － － － － － － － + + + + + + － － －
小结
1. PN 结的形成
浓度差多子的扩散运动空间电荷区变宽
内电场少子的漂移运动空间电荷区变窄
2. PN结的单向导电性
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。