电工电子技术基础知识点详解2-1-3-PN结
基础电子技术 课件 1.2 PN结
HIT基础电子技术电子教案----PN结
P
N
内电场
漂移电流 扩散电流
空穴 电子
空穴
多子
少子
图01.02.01 PN结的形成
漂移电流的方向正好 与扩散电流的方向相反， 扩散运动越强，内电场越 强，对扩散运动的阻碍就 越强；内电场越强，理应 漂移电流就越大。因为少 数载流子的浓度由本征激 电子 发确定，在一定的温度条 件下 是一定的。而漂移电 流由少子构成，所以，漂
HIT基础电子技术电子教案----PN结
1.2.2.2 PN结加正向电压时的导电情况
PN结加正向电压时的导电情况如图01.02.04所示。
Ｐ
PN结
N
内内电电场场
外电场
R
IF
E
图01.02.04 PN结加正向电压
外加的正向电压大部分降落在PN结区，方向与PN结内 电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多数载流子 扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移 电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
HIT基础电子技术电子教案----PN结
P
N
内电场
漂移电流 扩散电流
空穴 电子
多子
空穴
少子
图01.02.01 PN结的形成
多子扩散的结果，在 交界面处由杂质离子形成 了空间电荷区，产生了内 电场，其方向由N区指向P 区。这个空间电荷区，或 内电场称为PN结。
内电场的形成将阻止 扩散运动的进一步发展， 电子 同时内电场对少子施加电 场力，促使少子产生漂移 运动，形成漂移电流，其 方向由N区到P区。
电源正极 发光二极 管发光
图01.02.02 PN结单向导电性实验(正向）
HIT基础电子技术电子教案----PN结
电工电子技术基础知识点详解3-2-1-半导体二极管的结构与特性
Is/ μA
<0.1 几十
①正向起始部分存在一 个死区或门坎，称为 门限电压。 硅：UR = 0.5--0.6V; 锗：UR =0.1-- 0.2V。
②加反向电压时，反向 电流很小
即Is硅(nA)<Is锗(A)
硅管比锗管稳定。
③ 当 反压增 大 UBR 时再 增加,反向电流激增, 发生反向击穿, UBR称 为反向击穿电压。
温度对二极管特性的影响
温度升高，开启电压UR减小，反向电流IS增大。
阳极 + uD - 阴极 iD
iD
50o
20o
uD
二极管符号 二极管的特性曲线往P成N往为结用晶P用面于N体于积结集二检可面成极波大积电管和可小路，变小，制简频，结造称等电工二高容艺极频小中管电，。。路
点接触型用于高P频N结整面流积和大开，关用电路中。
二极管按结构分 面接触型
于工频大电流整流电路
平面型
正极 负极
二极管 符号
伏安特性：是指二极管两端电压和流过二极管电流之间的关系。
由PN结电流方程求出理想的伏安特性曲线，
+ uD -
PN结电流方程为：iD IS (euD UT 1)
iD
1.当加正向电压时
iD ISeuD UT
iD
i 随u↑呈指数规率↑
O
uD 2.当加反向电压时
iD ≈ - Is
电流iD基本不变
晶体二极管的伏安特性
②
UBR
①
③
UR
实测伏安特性
材料 门限电压 导通电压 硅 0.5～0.6V 0.7V 锗 0.1～0.2V 0.3V
第1章PN结二极管讲解
q 2 总电压： n p VD VA (N Ax2 N x p D n) 2 o
28
PN结二极管
电子器件基础
空间电荷区宽度
2 o N A N D 1/ 2 (VD VA )( )] 可推得： xm [ q N AN D
P+N结：
2 o xm [ (VD V A )]1/ 2 xn qN D
Em φ x
24
xn
PN结二极管
2 d qN A 泊松方程： 2 dx o qN D d 2
电子器件基础
– xp< x < 0
dx2 o 利用边界条件求解泊松方程（积分）
边界条件：
0 < x < xn
( x) d 电场零点： dx
电位零点：
x p , xn
0
(0) 0
xm
–
+ 0
1 2
x
xm
1 2
xm
E 0
1 2
xm
x
Em
30
PN结二极管
电子器件基础
xm 2 2 E ( x ) [( ) x ] 可推得电场分布： 2 o 2
q j
xm 2 最大电场： E 0 Em ( ) 2 o 2 q j xm 2 x3 [( ) x ] 电势分布： ( x)
12
PN结二极管
电子器件基础
第2节 平衡PN结
——没有任何外加作用的PN结
1 空间电荷区
P型：杂质原子 ——空穴正电荷 + 负离子电荷 N型：杂质原子 ——电子负电荷 + 正离子电荷 处于电中性平衡状态，ni2 = pp np = nn pn
pn结基础(共91张)
N A (1 N A ND )
xn
[ 2r0
q
Vbi ND (1 ND
1
]2 NA)
xm
xn
xp
[ 2r0
q
1 ( NA
1 ND
1
)Vbi ]2
第15页，共91页。
② 有外加偏压时的突变(tūbiàn)结（非平衡突变(tūbiàn)结）
假设外加偏压V全部降落在耗尽层上
可忽略压降 （小注入）
p
p
0 p
p
p
0 p
n n0p n n
n nn0 n nn0 p p0p p p
p
n
xp xn
第25页，共91页。
非平衡(pínghéng)pn结－能带图
EC
EC
EC
E
p f
EC
E
n f
E
p f
q(Vbi V f )
EC
E
p f
E
n f
EV
EV
EV
EV
EV
外加偏压使电子和空穴不再有统一的费米能级
N ( x)
0
N
(
x
)
N N
A D
x xj x xj
xj
x
单边突变结（p+n结或n+p
结）：一边的杂质浓度远大 于另一边
线性缓变结杂质分布的特 点：在结附近两侧杂质浓 度随距离线性变化，杂质 浓度梯度aj为常数。
N (x)
0
N(x) j (x xj )
xj
x
j
dN ( dx )xxj
突变结和线性缓变结是实际结杂 质浓度分布的两个极端近似。突 变结适用于表面浓度较高结深较 浅的结，线性缓变结适用于表面 浓度较低结深较深的缓变结。
电工电子技术基础知识点详解2-1-PN结及其单向导电性
PN结及其导电性1. PN结的形成将P型半导体与N型半导体通过物理、化学的方法有机的结合为一体，就会在两种半导体的交界面形成一个PN结。
由于交界处两边的电子和空穴的浓度不同（N型区自由电子多，P型区空穴多），因此N型区内的电子要向P型区扩散，P型区内的空穴也要向N型区扩散，使交界面P型区一侧出现带负电的离子，而N型区一侧出现带正电的离子，因而在交界面两侧形成一个空间电荷区，如图1所示。
图1 PN结的形成形成空间电荷区之后，半导体内部将出现内电场，其方向从N区指向P区。
内电场将阻碍N区的多数载流子（自由电子）和P区的多数载流子（空穴）继续向对方扩散，同时又促进N区的少数载流子（空穴）和P区的少数载流子（自由电子）向对方漂移。
在一定条件下，当多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运动达到动态平衡叶，PN结则处于相对稳定状态。
2. PN结加正向电压如果在PN结两端加正向电压（P区接电源正端，N区接电源负端），由图2(a)可见，外电场与内电场方向相反，内电场被削弱，使多数载流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电流（又称正向电流I）。
在一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大。
这时PN结的正向电阻很低。
图2 (a) PN结加正向电压图2 (b) PN结加反向电压由于PN结空间电荷区形成的电位差较小，只有零点几伏，如果外加电压过大，将会产生很大的正向电流，使PN结损坏。
因此，一般都在电路中接入限流电阻R。
3. PN结加反向电压若给PN结加反向电压（P区接电源负端、N区接电源正端），由图2(b)可见，外电场与内电场方向一致，外电场加强内电场，使多数载流子的扩散运动难以进行。
但是，在外电场的作用下，P区的少数载流子（自由电子）和N区的少数载流子（空穴）将产生漂移运动，形成很小的反向电流I，即PN结的反向电阻很高。
由于少数载流子的数目与环境温度密切相关，因此温度对反向电流的影响很大。
4. PN结的单向导电性综上所述：PN结具有单向导电性能，即PN结加正向电压时，PN结正向电阻很低，正向电流较大，PN结处于导通状态；当PN结加反向电压时，PN结反向电阻很高，反向电流很小，PN结处于载止状态。
电工电子技术基础知识点详解2-1-1-PN结
一、P N结的形成在基材本征半导体上利用一定的工艺制作一个P区(P型半导体)，制作一个N区(N型半导体)，在两区交界处，由于多子的扩散运动，在交界处形成了正负电荷(正负离子)区。
空穴的扩散运动自由电子的扩散运动3价杂质原子形成的负离子5价杂质原子形成的正离子正负电荷产生静电场静电场静电场方向少子产生漂移运动静电场促使少子漂移静电场阻止多子扩散扩散运动和漂移运动达到平衡(动态平衡)，形成P N结，又称为空间电荷区还称为耗尽层。
二、P N 结的单向导电性P N 结正偏:外加电源使P 区的电位高于N 区的电位，称外加正向电压。
P N 结反偏:外加电源使P 区的电位低于N 区的电位，称外加反向电压。
P N 结正偏限流电阻◆正偏状态的P N结称为导通状态，扩散电流称为正向导通电流。
◆外电场使空间电荷区变窄，多子扩散运动加强，阻止少子的漂移运动。
P N 结反偏◆反偏状态的P N 结称为截止状态，漂移电流称为反向电流。
◆外电场使空间电荷区变宽，阻止多子扩散运动，加强少子的漂移运动。
◆因为少子量少，漂移电流很小，在近似计算中认为该电流为0。
◆单向导电性：正向导通，反向截止。
三、P N 结的电容效应◆ P N 结内部有动态电荷和束缚电荷两种，这两种电荷的多少都受外电场的影响，所以P N 结有电容效应。
P N 结正偏时外电场对动态电荷影响较大，此时的电容称为扩散电容C d 。
P N 结反偏时外电场对束缚电荷影响较大，此时的电容称为势垒电容C b 。
结电容bd j C C C +=◆ P N 结的电容效应使半导体器件在电子电路中对信号频率有一定的限制，当频率太高时，P N 结将失去单向导电性。
总结：本节知识点的关键词：扩散运动；漂移运动；空间电荷区；单向导电性；结电容。
思考题1.P N结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？2.为什么半导体器件有最高工作频率？。
PN结及其特性详细介绍
P N结及其特性详细介绍1.PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。
此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:扩散到对方的载流子在P区和N区的交界处附近被相互中和掉，使P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。
这样在两种半导体交界处逐渐形成由正、负离子组成的空间电荷区（耗尽层）。
由于P区一侧带负电，N区一侧带正电，所以出现了方向由N区指向P区的内电场PN结的形成当扩散和漂移运动达到平衡后，空间电荷区的宽度和内电场电位就相对稳定下来。
此时，有多少个多子扩散到对方，就有多少个少子从对方飘移过来，二者产生的电流大小相等，方向相反。
因此，在相对平衡时，流过PN结的电流为0。
对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。
由于耗尽层的存在，PN结的电阻很大。
PN结的形成过程中的两种运动：多数载流子扩散少数载流子飘移PN结的形成过程（动画）2.PN结的单向导电性PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。
如果外加电压使PN结中：P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。
(1)PN结加正向电压时的导电情况PN结加正向电压时的导电情况如图所示。
外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。
于是,内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。
扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
PN结加正向电压时的导电情况(2)PN结加反向电压时的导电情况外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。
内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。
电工电子技术基础知识点详解1-2-N型半导体和P型半导体
1. N 型半导体掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N 型半导体。
掺入五价元素SiSiSiSip+ 多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子 失去一个电子变为正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素），形成杂质半导体。
在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
2. P 型半导体掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P 型半导体。
掺入三价元素SiSiSiSi在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。
B – 硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N 型或P 型半导体都是中性的，对外不显电性。
1. 在杂质半导体中多子的数量与（a . 掺杂浓度、b.温度）有关。
2. 在杂质半导体中少子的数量与（a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量（a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
a b c4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流主要是，N 型半导体中的电流主要是。
（a. 电子电流、b.空穴电流）b aN型半导体和P型半导体小结1. N型半导体在本征半导体中掺入五价元素，即为N型半导体。
在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。
2. P型半导体在本征半导体中掺入三价元素，即为P型半导体。
在P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。
第二章 PN结
pP0
nN 0
qVD
e kT
pN 0 nP0
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2.1. 6 平衡(pínghéng)PN结耗尽层的厚度和电场、 电势分布
突变结近似： N型一侧有ND＝常数，P型一 侧有NA＝常数，在界面处突 变。 耗尽层近似： 空间电荷区的载流子完全
(wánquNánD),耗尽。0n=px=0 xn NA, xp x 0 0, x xn or x xp
为电中性区。 （3）忽略势垒区载流子的产生-复合作用。通
过势垒区的电流(diànliú)密度不变。 （4）忽略半导体表面对电流(diànliú)的影响。 （5）只考虑一维情况。
精品资料
2.2.4、V-I 特性(tèxìng)方程
2.坐标 以耗尽层中N、P交界处 为原点建立坐标系。
步骤： →求“非少子”浓度的边界值； 求解“非少子”的连续性方程； →求“非少子”浓度梯度； →分别求电子、空穴的扩散
N区 jp
Lp
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正偏电流方向
空穴(kōnɡ xué)漂移 电子漂移
P
N
电子(diànzǐ)扩散
空穴扩散
精品资料
2.2.2、反向(fǎn xiànɡ)PN结
（1）反向PN结势垒变化
反向电压使 势垒区宽度变宽 势垒高度变高
外加电场与内建电场方向相同 增强空间电荷区中的电场 破坏扩散漂移(piāo yí)运动平衡 漂移(piāo yí)运动强于扩散运动 抽取少子
利用Poisson方程，可求出空间电荷区的电场、电势分布及厚度。
精品资料
2.1. 6 平衡PN结耗尽层的厚度和电场、电势 (diànshì)分布
精品资料
2.1. 6 平衡PN结耗尽层的厚度和电场(diàn chǎng)、 电势分布
【半导沙雕】pn结基础知识
【半导沙雕】pn结基础知识
【原创版】
目录
1.PN 结的定义和组成
2.PN 结的特性
3.PN 结的应用
正文
1.PN 结的定义和组成
PN 结（P 型半导体和 N 型半导体结）是半导体材料中一种特殊的结构，由 P 型半导体和 N 型半导体相互接触而形成。
P 型半导体中含有较多的空穴（电子空位），而 N 型半导体中含有较多的自由电子。
当P 型半导体与 N 型半导体接触时，空穴和自由电子会发生复合，形成一个电中性的区域，这就是 PN 结。
2.PN 结的特性
PN 结具有单向导通性，即只有在正向电压作用下（P 型半导体接触正极，N 型半导体接触负极），才能导通电流。
而在反向电压作用下（P 型半导体接触负极，N 型半导体接触正极），则不能导通电流。
这种单向导通性使得 PN 结被广泛应用于半导体器件中，如二极管、晶体管等。
3.PN 结的应用
PN 结作为半导体材料的基本结构，在电子领域有着广泛的应用。
其中最常见的应用是制作二极管，二极管是由 PN 结构成的，具有单向导通性，可用于整流、限幅、信号调制等功能。
此外，PN 结还是晶体管、场效应管等半导体器件的基础组成部分，这些器件在现代电子技术中起着举足轻重的作用。
总之，PN 结作为半导体材料的基础知识，对于了解半导体器件的工
作原理和应用具有重要意义。
pn结知识点
两边浓度相差很多，若p区的受主杂质浓度较大，为p+n结。
氧化、光刻、扩散等工艺。
其杂质分布由扩散过程及杂质补偿决定。
缓变结
在这种结中，杂质浓度从p（n）区到n（p）区是逐渐变化的，通常称为缓变结。
空间电荷区
单独的n型或者p型半导体是电中性的（平衡状态）。
当两块半导体结合形成之间存在着载流子浓度梯度，导致了空穴从p区到n区，电子从
一般室温附近，对于绝大部分势垒区，其中杂质虽然都已电离，但载流子浓度比起数载流子浓度小很多，好像已经耗尽了。
所以通常也称势垒区为
很小，可以忽略，空间电荷密度就等于电离杂质浓度。
结电流电压特性
1.在非平衡载流子存在的区域内，必须用电子的准费米能级Efn
与正向偏压相似，位置不同。
结模型及其电流电压方程
假设条件
小注入条件
突变耗尽层条件
通过耗尽层的电子和空穴电流为常量
1.突变结的势垒宽度与势垒区上的总电压的平方根成正比。
谷值电流与电压。
电工电子技术基础知识点详解2-2-PN结及其单向导电性
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。
PN结及其单向导电性
1. PN结的形成 空间电荷区也称 PN 结
内电场越强，漂移 运动越强，而漂移
少子的漂移运动使空间电荷区变薄。
P 型半导体
Байду номын сангаас
内电场 N 型半导体
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + +
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。
浓度差 多子的扩散运动 扩散的结果使
形成空间电荷区
空间电荷区变宽。
PN结及其单向导电性
2. PN结的单向导电性 (1) PN 结加正向电压 (正向偏置)
PN 结变窄
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N
外电场
+–
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。
第2章_PN结
22
2、耗尽区
空间电荷区
耗尽近似：假设空
P
xp
电位 电子的电势能
FP
N
内建电场
xn
间电荷区内的载流子完
空间电荷完全由电离杂 质提供。这时空间电荷
0
q 0
全扩散掉，即完全耗尽，
区又可称为“耗尽区”。 E
qVFN ED
EC Ei EF E EiV EV
EC
能带 能带
23
设P型和N型侧的耗尽层宽度分别为xp和xn, 整个空间电荷层宽度表示为W=x n +x p 耗尽层宽度与扩散电势差有关，具体的计 算分情况讨论（了解） 对于P+N突变结
27
正向偏压PN结中费密能级的变化 图中的电子准费米能级如何随位置变化的？
28
PN结的反向特性 反向PN结
P区接负，N区接正 外加电场与内建电场方向相同 空间电荷区中的电场增强 反向电压使： 势垒区宽度变宽 势垒高度变高 0 qV0D↑q(VD+VR)
破坏扩散漂移运动平衡 漂移运动 强于 扩散运动
W =xn
20 1/2 qN D
空间电荷区的自建电场强度是非均匀电场， 电场强度是x的函数
24
2.2 加偏压的PN结
2.2.1 PN结的单向导电性 2.2.2 少数载流子的注入与输运
25
2.2.1 PN结的单向导电性
非平衡PN结
处于一定偏置状态下的 PN结称为非平衡PN结
当PN结两端加正向偏 压VF，即P区接电源的 正极，N区接电源的负 极，称为正向PN结。 反之，当PN结两端加反 向偏压VR则称反向PN结。
p n x n p n x n p n 0
PN结
二、 PN结的单向导电特性 结的单向导电特性
PN结的单向导电性只有在外 结的单向导电性只有在外 加电压时才会表现出来
（一）、PN结加正向电压 ）、 结加正向电压 Ｐ－正 Ｎ－负 正向电压或正向偏置(简称正偏) 简称正偏 Ｐ－正, Ｎ－负。正向电压或正向偏置 简称正偏
耗尽区
扩散运动大于漂移运动 多数载流子形成的扩 散电流起支配作用
ｊ≈ＣB。
五、PN结的温度特性 结的温度特性
PN结特性对温度变化很敏感，反映在伏安特性上即 结特性对温度变化很敏感， 结特性对温度变化很敏感 为：温度升高，正向特性左移，反向特性下移。 温度升高，正向特性左移，反向特性下移。
i T
具体变化规律是： 具体变化规律是： •温度每升高 ℃ ， 反向饱 温度每升高10℃ 温度每升高
－UBR 0 T u
和电流I 增大一倍。 和电流 S增大一倍。 •温度升高反向击穿电压降低 温度升高反向击穿电压降低
当温度升高到一定程度时， 当温度升高到一定程度时，由本征激发产生的 少子浓度有可能超过掺杂多子浓度， 少子浓度有可能超过掺杂多子浓度，使杂质半导体 变得与本征半导体一样，这时PN结就不存在了 结就不存在了。 变得与本征半导体一样，这时 结就不存在了。 因此，为了保证PN结正常工作，它的最高工作 结正常工作， 因此，为了保证 结正常工作 温度有一个限制，对硅材料约为(150~200)℃，对锗 温度有一个限制，对硅材料约为 ℃ 材料约为(75~100)℃。 材料约为 ℃
关键在于耗尽层的存在
PN结的伏安特性 结的伏安特性
I
伏安特性方程
ID UBR UB
O U
I D = I S (e
UD UT
− 1)
加正向电压时， 加正向电压时，UD只要大 几倍以上， 于UT几倍以上，I D ≈ I S eU D / U T 加反向电压时， 加反向电压时，|UD|只要大于 只要大于 UT几倍以上，则 ID≈–IS 几倍以上，
第二章PN结（ＰＤＦ）
二、 PN结加工方式与杂质分布 1. 突变结
P区
N区
z 单边突变结 P＋N结 N＋P结
杂
质 浓
NA
度
ND
xj
x
5
2.1平衡PN结
2.1.1、PN结结构与杂质分布
二、 PN结加工方式与杂质分布
N
P
扩散法制造PN结过程
杂
质 浓
ND -NA
度
N-Si
P-Si
xj
x
缓变结 6
2.1平衡PN结 2.1.1、PN结结构与杂质分布
23
2.2 理想PN结的伏安特性 2.2.3 理想PN结的伏安特性
一、理想PN结模型 A. 小注入。即注入的非平衡少数载流子浓度远低 于平衡多子浓度（即掺杂浓度）。 B. 外加电压全部降落在势垒区。势垒区以外为电 中性区。 C. 忽略势垒区载流子的产生-复合作用。通过势垒 区的电流密度不变。 D. 忽略半导体表面对电流的影响。 E. 只考虑一维情况。
nP0
( ) ( ) ΔnP xP = nP0 eqV / KT −1 ( ) ( ) ΔpN xN = pN 0 eqV / KT −1
xP xN
P区 nP(xP)
N区 空 间 电 荷 区
pN(xN)
xP xN
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2.2 理想PN结的伏安特性
2.2.3 理想PN结的伏安特性
二、V-I 特性方程 1、载流子浓度分布
二、V-I 特性方程
2、非平衡PN结V-I特性———肖克莱方程
PN结N区边界处少子扩散电流密度
由：j p
=
q
⋅
Δp
(0)
⎛ ⎜⎜⎝
Dp Lp
⎞ ⎟⎟⎠
电子电工知识点(二)
电子电工知识点（二）引言：电子电工知识点（二）是关于电子电工学科领域中的一些重要概念和原理的介绍。
本文将主要讨论以下五个大点：电子元件和电路、半导体和 PN 结、放大器、运算放大器和数字逻辑。
正文：一、电子元件和电路：1. 电子元件分类：主动元件和被动元件2. 常用的电子元件：电阻、电容、电感等3. 串联和并联电路的特性及其计算方法4. 交流电路的频率响应和相位差计算5. 电源的稳压和滤波功能及其实现方法二、半导体和 PN 结：1. 半导体材料的基本特性和应用2. PN 结的形成原理和特性3. 正向和反向偏置的效应和应用4. PN 结二极管的工作原理和特性曲线5. 光电效应和光电二极管的应用三、放大器：1. 放大器的分类及其特点2. 放大器的增益计算和单位增益频率3. 放大器的输入输出阻抗和增益带宽积4. 放大器的频率响应和失真特性5. 运算放大器的基本原理和应用四、运算放大器：1. 运算放大器的反馈类型和基本运算模式2. 运算放大器的放大与偏置电路3. 运算放大器的输入输出特性及其增益表达式4. 运算放大器的运算电路和运算规则5. 运算放大器的应用：比较器、积分器、微分器等五、数字逻辑：1. 逻辑门的基本类型和真值表2. 逻辑代数和布尔代数的基本原理3. 晶体管的数字逻辑门电路实现4. 子电路和逻辑功能的组合和分析5. 时序电路和触发器的设计原理和应用总结：本文介绍了电子电工知识点（二）中的五个大点，包括电子元件和电路、半导体和 PN 结、放大器、运算放大器以及数字逻辑。
深入了解这些概念和原理，将有助于提升对电子电工学科的理解和应用能力。
第二章-PN结
根据能带图和修正欧姆定律分析了结的单向导电性：
正偏压V使得PN结N型中性区的费米能级相对于P型中性区的升高qV。在P型
中性区 EF ＝ EFP 。在空间电荷区由于n、p<<ni，可以认为费米能级不变即等
于 EFP 。在N型中性区 EF ＝EFN 。同样，在空间电荷区
0
n
p
VT
ln
Nd Na ni2
2.1热平衡PN结
• 小结
解Poisson方程求解了PN结SCR内建电场、内建电势、内建电势差和耗尽层宽度：
m 1
x xn
（2-14）
qNd xn2 2k 0
1
x xn
2
（2-16）
W
＝ (x) x
P (x)
p(x)q ) P
离开空间电荷区边界随着距离的增加注入的非平衡
少子浓度越来越小（e指数减少），电流密度也越来越小。
EF
反偏压-VR 使得PN结N型中性区的费米能级相对于P型中性区的降低qVR 。扩 散区费米能级的梯度小于零，因此会有反向电流产生。由于空间电荷区电场的抽
(e)曝光后去掉扩散窗口 （f)腐蚀SiO2后的晶片 胶膜的晶片
引言
•采用硅平面工艺制备结的主要工艺过程
SiO2
N Si N+
(g)完成光刻后去胶的晶片
金属
P Si N+
ห้องสมุดไป่ตู้
SiO2
N Si
(h)通过扩散（或离子注入）形成 P-N结
P Si N+
SiO2 N Si
PN结和二极管原理专题培训课件
其 中 ： np区 非 平 衡 电 子 寿 命 pN区 非 平 衡 空 穴 寿 命
正向电流-电压关系
I0
Aq
ni2 NA
Ln
n
ni2 ND
Lp
p
qU
I I0 (e kT 1)
I0 是不随外加正偏压而变化的。
在常温（300 K）下，可近似为
I I0eqUkT
qU
I I0 (eKT 1)
因 为 AqnpL0nDn pNL0pDpAqP nP i20
Dn ni2 Ln nN0
D Lpp
且 NAPp0， NDnNO， Ln Dnn， LP DPP
因此，I0AqN ni2ALnn N niD 2 Lpp
—— PN结势垒
3、PN结 接触电势差 For n-type region
n 0 N ce x p E c k T E F n n ie x p E F k n T E i N D
EFn
Ei
KTln
ND ni
For p-type region
2、能带状态图
接触时
电场
各自独立时
平衡后
没有外加电压，费米能级应处处相等； 即 ：两个区的费米能级拉平 。
电场方向是电势降落的方向；
定义电势能：EqU qe
能带图是按电子能量的高低画 EeU
P区电子的电势 能比N区的高
势能坡垒
空间电荷区
PN结接触电势差
在空间电荷区内，能带发生弯曲，电子从势能低的N区向势 能高的P区运动时，必须克服这个势能“高坡”
其中，负号表示载流子从浓度高的地方向浓度低的地方扩散
即载流子的浓度随 x 增加而减小，在 x 0 处（ X N 的边界
PN结 PPT课件
将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂
成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一
个特殊的薄层
PN结
13
① 多子扩散运动形成空间电荷区
由于浓度差，电子和空穴都要从浓度高的区域向…
扩散的结果，交界面P区一侧因失去空穴而留下不
能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能
移动的正离子，这样在交界面处出现由数量相等的
(b)锗原子 简化模型
硅和锗都是四价元素,原子的最外层轨道上有四个
价电子。
4
1.本征半导体（纯净的半导体晶体）
点阵结构：每个原子周围有四个相邻的原子，原子 之间通过共价键紧密结合在一起。原子最外层的 价电子不仅围绕…两个相邻原子共用一对电子
硅 和 锗 的
晶 体 结 构 （ａ）点阵结构
（ｂ）共价键结构
a. 外加正向电压较小时，外电场不足以克服内 电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态 b. 正向电压大于“开启电压UON”后，i 随着 u 增大迅速上升。
19
P42
c. 外加反向电压时， PN结处于截止状态，反 向电流 IR 很小。 d. 反向电压大于“击穿电压U（BR）”时，反向 电流 IR 急剧增加。
5
热激发产生自由电子和空穴
室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚
成为自由电子，同时在 共价键中留下一个空位 这个空位称为“空穴” 。失去价电子的原子成 为正离子，就好象空穴 带正电荷一样。
在电子技术中,将空穴看 成带正电荷的载流子。
6
空穴运动 （与自由电子的运动不同）
有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补
(a)管芯结构图 (b)结构示意图 (c) 电路符号
PN结
EFn − EFp = qVA
qVA ⇒ np = ni exp( ) KT
2
− xp ≤ x ≤ xn
上式被称为“PN结定律”
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8
WP
Wn
在空间电荷区边界上的 少数载流子浓度有：
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3. 长二极管扩散区只占中性区的一部分；短二极 管整个中性区都是扩散区
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计算窄二极管电流电压关系 边界条件：欧姆接触处复合速度无穷大，即 有：
pn(WN ) = pn 0
np (−WP ) = np 0
空间电荷区边界
qVA pn ( xn) = pn 0 exp( ) KT qVA np (− xp ) = np 0 exp( ) KT
正向偏置载流子输运图：
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3
1.3.2 少子抽取 反向偏置使PN结势垒高 度上升，电场作用比载流 子扩散更强。漂移电流大 于扩散电流。 势垒区的强电场抽取边 界上的少子，使空间电荷 区两侧出现少子耗尽。
WP
Wn
P
N
反偏
pn np0 np
Ln Lp
pn0
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4
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Jn = qμnnE + qDn dn dx dp Jp = qμppE − qDp dx
中性区的电场E为零，因此，上式可以简化
WP
Wn
P
N
Jn = qDn dn dx
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dp Jp = −qDp dx