PN结的形成及特性

漂移运动
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
N
13
内第电场3章越强二，极漂管移及运动其越基强本，电路
而漂移使空间电荷区变薄。
还要利用这个特性设计制造二极管和三极管。
19
第 3章 二极管及其基本电路
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。
第 3章 二极管及其基本电路
3.2 PN结的形成及特性
P是指的P型半导体，N指的是N型半导体，当一块纯净的半 导体一半掺杂为N型，一半掺杂为P型，那么在两个区域之间 就形成了一个PN结（结是指的N型半导体和P型半导体的交接 的介面上），首先看一下PN结是怎么形成的？
在同一片半导体基片上，分别制造了P型半导体和N型半导 体.
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.
20
第 3章 二极管及其基本电路
3.2.3 PN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。
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。
N 型半导体
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
少子(自由电子)
P
N
少子(空穴)
N区有许多自由电子（多数载流子）和几个由于热产生的空穴 （少数载流子），而P区有许多空穴（多数载流子）和几个由于热产生 的自由电子（少数电子）。PN结构成了基本的二极管。二极管是只允 许电流往一个方向流动的元件。
15
第 3章 二极管及其基本电路
形成电位势垒
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
电位V
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。 16
大，我们称作多子在进行扩散运动.
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8
第 3章 二极管及其基本电路
空间电荷层
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
N
6
第 3章 二极管及其基本电路
(2) 在浓度差的作用下，空穴从 P区向N区扩散。
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
N
3
第 3章 二极管及其基本电路
P 型半导体
N 型半导体
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
二极管正向连接
二极管反向连接
21
第 3章 二极管及其基本电路
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。
+ + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + +
N
N
通过半导体扩散工艺
2
第 3章 二极管及其基本电路
使半导体的一边形成N型区，另一边形成P型区。
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
P
N
扩散运动
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽。
9
第 3章 二极管及其基本电路
形成内电场
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ + + +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
少子(自由电子)
P
N
少子(空穴)
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 ）.
4
第 3章 二极管及其基本电路
P 型半导体
11
第 3章 二极管及其基本电路
3.2.2 PN 结的形成
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ + + +++
P
P
E内
N
S
E
R
PN结正向偏置
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第 3章 二极管及其基本电路
- - - - - - + ++ +++
- - - - - - + ++ +++
-
-
-
-
- ＋正向- 电流+－ + - -++
+ +
++ ++
+ +
- - - - - - + ++ +++
- - - - - - + ++ +++
P
E内
N
S
漂移运动
空间电荷区， 也称耗尽层。
P 型半导体
内电场E N 型半导体
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ + + +++
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。
22
第 3章 二极管及其基本电路
- - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++
c. 接触电位一定（约零点几伏）
++ ++ ++ ++ ++ ++
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第 3章 二极管及其基本电路
PN结形成过程动画演示
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第 3章 二极管及其基本电路
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 .
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 .
P
N
扩散运动 扩散的结果是使空 因为在PN结上只剩下了正负离子(正负电荷)，间也电可荷以区称逐作渐空加间宽电。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，1所4 以
PN结也称作是耗尽层。
第 3章 二极管及其基本电路
5
第 3章 二极管及其基本电路
(1) 在浓度差的作用下，电子从 N区向P区扩散。
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
E
R
当直流电源将二极管正向偏置后，由于静电场的作用，
电源的负端将N区中的导电电子推向PN结，而电源的正端也
将P区中的空穴推向PN结。
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第 3章 二极管及其基本电路
- - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++
P型半导体的多子是什么？ 空穴 N型半导体的多子是什么？ 自由电子. 如果把他们接到一块，在他们的介面上就会存在截流子的浓 度差，如果存在浓度差，就会形成一系列的结果。
1
第 3章 二极管及其基本电路
3.2.1 载流子的漂移与扩散
以N型半导体为基片
+ + + + + ++ + + + + +
+ + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + +
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.
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第 3章 二极管及其基本电路
内电场E
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
P
E内
N
S
E
R
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。
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第 3章 二极管及其基本电路
- - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++ - - - - - - + ++ +++
空间电荷层
漂移运动
内电场E
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
P
扩散运动
N
在P区和N区交界面上，留下了一层不能移动的正、负 离子。在介面上自由电子和空穴就结合了。
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。
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第 3章 二极管及其基本电路
PN结一方面阻碍多子的扩散，另一方面加速少子的漂移 扩散运动
第 3章 二极管及其基本电路
- - - - - -++++
- - - - - -++++
- - - - - -+ ++ +
- - - - - -++++
- - - - - -++++
- - - - - -+ + + +
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）
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ + + +++
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(数量很少)，少子的运动叫做漂移运动。
P
N
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第 3章 二极管及其基本电路
- - - - - -+ ++ +++
- - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ ++ +++ - - - - - -+ + + +++
P
扩散运动
N
在浓度差的作用下，两边多子互相扩散。由于他们的量比较