PN结及其特性详细介绍
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。
PN结——电容特性优秀课件
的电子电流一定；半导体流向金
－
属的电子电流因电位增加而降低，
故有半导体→金属反向电流（恒
定）。
金属半导体接触I-U特性类似于pn结的伏安特性
I
正向特性
VD
反向特性
肖特基二极管
利用金属—半导体整流接触特性制成的二极管称 为肖特基二极管。
肖特基二极管与pn二极管的比较
相同：单向导电性 不同：
1 反向电流产生机制不同： ➢肖特基二极管为多数载流子工作 ➢pn接面二极管为少数载流子工作 ➢结果：肖特基二极管的饱和电流要 大得多，起始电流也较大。
P
△U变化时，P区 积累的非平衡少 子浓度分布图
3 1
2
电子浓度
1 ΔU=0
2 ΔU<0
x 3 ΔU>0
U ΔU
N
+ +
+ +
....................................
. ..
.
.
P
PN结正向偏置电压越高，积累的非平衡少子越多。
这种电容效应用扩散电容CD表征。
CD Q U
PN结正偏时，由N区扩 散到P区的电子（非平衡少 子），堆积在 P 区内紧靠 PN结的附近，到远离交界 面处，形成一定的浓度梯 度分布曲线。电压增大， 正向（扩散）电流增大。
扩散电容示意图
U ΔU
N
+ +
+ +
....................................
. . .
..
C1 L
Байду номын сангаасDC
R
+ UD –
pn结电流方向
pn结电流方向PN结是半导体器件中最基本的元件之一，也是现代电子技术中最为重要的器件之一。
PN结的正向电流和反向电流是PN结的两个基本特性，本文将详细介绍PN结的电流方向及其相关知识。
一、PN结的基本结构与特性PN结是由n型半导体和p型半导体组成的结构，其中，n型半导体中的电子浓度高于空穴浓度，p型半导体中的空穴浓度高于电子浓度。
当n型半导体与p型半导体相接触时，由于电子和空穴的扩散作用，会在接触面上形成一个极薄的耗尽层，即PN结。
PN结具有正向电流和反向电流两种基本特性。
正向电流是指在PN结两端加正电压时，电子从n型半导体向p型半导体移动，同时空穴从p型半导体向n型半导体移动，形成一个电流，即正向电流。
反向电流是指在PN结两端加负电压时，电子从p型半导体向n型半导体移动，同时空穴从n型半导体向p型半导体移动，形成一个电流，即反向电流。
二、PN结正向电流的方向PN结的正向电流方向是从p区向n区流动。
当PN结两端加正电压时，p区的正电荷向PN结中心移动，同时n区的负电荷也向PN结中心移动，这样就会形成一个电场，使得电子和空穴向PN结中心移动，形成正向电流。
在PN结正向电流的过程中，电子从n型半导体向p型半导体移动，空穴从p型半导体向n型半导体移动，这样就会形成一个电流，即正向电流。
正向电流的方向是从p型半导体向n型半导体流动。
三、PN结反向电流的方向PN结的反向电流方向是从n区向p区流动。
当PN结两端加负电压时，n区的负电荷向PN结中心移动，同时p区的正电荷也向PN结中心移动，这样就会形成一个电场，使得电子和空穴向PN结两端移动，形成反向电流。
在PN结反向电流的过程中，电子从p型半导体向n型半导体移动，空穴从n型半导体向p型半导体移动，这样就会形成一个电流，即反向电流。
反向电流的方向是从n型半导体向p型半导体流动。
四、PN结正向电流和反向电流的特性PN结的正向电流和反向电流具有不同的特性。
1、正向电流的特性在PN结正向电流的情况下，当正向电压逐渐增大时，电流也会逐渐增大，直到达到一定的电压，电流会急剧增大，这个电压称为正向开启电压。
PN结的形成及特性
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。
- - - - - -+ ++ +++
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- - - - - -+ + + +++
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
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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？
PN结的形成及其特性
新型结构研究
要点一
异质结结构研究
异质结结构能够提高pn结的电子输运性能和稳定性，是当 前研究的热点之一。通过深入研究异质结的能带结构和界 面特性，有望实现更高效的电子传输和控制。
要点二
纳米结构研究
纳米技术在pn结中的应用具有巨大的潜力，通过将pn结纳 米化，可以进一步增强其物理特性和性能。例如，利用纳 米线或纳米薄膜构建pn结，可以实现更快的响应速度和更 低的能耗。
应用领域拓展
物联网领域
随着物联网技术的快速发展，pn结在物联 网领域的应用前景广阔。例如，在传感器、 无线通信和智能家居等领域，pn结可以发 挥重要作用。通过优化pn结的性能和稳定 性，有望推动物联网技术的进一步发展。
新能源领域
新能源领域是当前社会发展的重要方向， pn结在太阳能电池、风力发电和燃料电池 等领域具有广泛应用。通过改进pn结的能 效和稳定性，有助于推动新能源技术的进步
传感器
温度传感器
温度传感器是利用pn结的电压随温度变 化的特性来测量温度的装置。通过测量 pn结的电压值，可以推算出被测物体的 温度。
VS
气体传感器
气体传感器是利用不同气体对pn结的导 电性能产生不同影响的特性来检测气体的 装置。通过测量pn结的电流值，可以判 断出被测气体是否存在以及其浓度大小。
pn结的特性
电学特性
正向导通特性
在正向电压作用下，空穴从P区流向N 区，电子从N区流向P区，形成正向电
流。
整流特性
pn结具有单向导电性，即正向导通， 反向截止。
反向截止特性
在反向电压作用下，空间电荷
当反向电压增大到一定值时，会发生 电击穿，电流急剧增大。
和可持续发展。
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pn结的特性,PN结的击穿特性,PN结的电容特性
pn结的特性,PN结的击穿特性,PN结的电容特性
当反向电压增大到一定值时，PN 结的反向电流将随反向电压的增加而急剧增加，这种现象称为PN 结的击穿，反向电流急剧增加时所对应的电压称为反向击穿电压，如上图所示，PN 结的反向击穿有雪崩击穿和齐纳击穿两种。
1、雪崩击穿：阻挡层中的载流子漂移速度随内部电场的增强而相应加快到一
定程度时，其动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子—空穴对新产生的载流子在强电场作用下，再去碰撞其它中性原子，又产生新的自由电子—空穴对，如此连锁反应，使阻挡层中的载流子数量急剧增加，象雪崩一样。
雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN 结中，阻挡层宽，碰撞电离的机会较多，雪崩击穿的击穿电压高。
2、齐纳击穿：当PN 结两边掺杂浓度很高时，阻挡层很薄，不易产生碰撞电离，但当加不大的反向电压时，阻挡层中的电场很强，足以把中性原子中的价电子直接从共价键中拉出来，产生新的自由电子—空穴对，这个过程称为场致激发。
一般击穿电压在6V 以下是齐纳击穿，在6V 以上是雪崩击穿。
3、击穿电压的温度特性：温度升高后，晶格振动加剧，致使载流子运动的平均自由路程缩短，碰撞前动能减小，必须加大反向电压才能发生雪崩击穿具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。
6V
左右两种击穿将会同时发生，击穿电压的温度系数趋于零。
4、稳压二极管：PN 结一旦击穿后，尽管反向电流急剧变化，但其端电压几乎不变（近似为V(BR)，只要限制它的反向电流，PN 结就不会烧坏，利用这一特性可制成稳压二极管，其电路符号及伏安特性如上图所示：其主要参数有：VZ 、Izmin 、Iz 、Izmax。
半导体物理学中的pn结
半导体物理学中的pn结半导体物理学是研究半导体材料和器件的特性及其应用的科学领域。
而其中一个核心概念便是pn结，它是一种半导体器件中常见的结构。
本文将介绍pn结的基本原理、特性和应用。
一、pn结的构成pn结由p型半导体和n型半导体直接接触形成。
p型半导体是掺入了三价杂质的半导体，如掺入硼或铝，带有多余的电子空穴。
n型半导体则是掺入了五价杂质的半导体，如掺入砷或磷，带有过剩的自由电子。
当这两种半导体相结合时，空穴和自由电子会通过碰撞重组，形成一个带电的区域，即结区。
二、pn结的工作原理在pn结中，有两个关键区域：n端和p端。
n端富含自由电子，而p端则富含电子空穴。
由于电荷差异，电子和空穴会相互扩散到对方的区域，形成漂移电流。
同时，当电子和空穴通过重组而消失时，会形成一个正电荷层和一个负电荷层。
这就是常说的耗尽区。
在平衡状态下，耗尽区的正电荷层和负电荷层正好平衡，称为开路状态。
而当外加电压施加在pn结上时，会改变耗尽区的电荷分布。
当施加的电压为正向偏置时，p端连接的电源的正极与n端连接的电源的负极，会加大耗尽区的宽度，减小耗尽区正负电荷层的高度，这就形成了导通状态。
反过来，当施加的电压为反向偏置时，p端连接的电源的负极与n端连接的电源的正极，会增大耗尽区的宽度和正负电荷层的高度，这就形成了截止状态。
三、pn结的特性1. 双向导电性：pn结在正向偏置下会导电，形成导通状态。
而在反向偏置下则会截止，不导电。
这种特性使得pn结成为一种可控制的电子器件。
2. 整流性：由于pn结的双向导电性，它可以用于整流电路。
在正向偏置下，电流可以流过pn结，而在反向偏置下则会被截止。
3. 光电效应：当光照射到pn结上时，通过光电效应，光子能量会被转化为电能。
这使得pn结广泛应用于光电器件，如太阳能电池。
四、pn结的应用1. 整流器件：如二极管和整流电路，用于将交流电转换为直流电。
2. 放大器件：如晶体管，能够放大信号，实现电子设备的放大功能。
pn结的特性
pn结的特性
PN结是一种常见的焊接连接形式，也是焊接工艺中最常用的一种连接方式。
它由四个部分组成：焊接铜接头，焊接片，插头和夹子。
PN结可以有效地提供电路之间的连接，提供保护，防止腐蚀。
PN结具有许多优点。
首先，PN结具有很高的导电性能和热导率，能有效地将电流传递到电路中。
其次，PN结也具有耐热性和耐腐蚀性，使它能够抵抗高温和腐蚀环境的破坏。
另外，PN结的复合特性还提供了防尘、防水和防射线功能。
此外，PN结还具有极高的可靠性。
它采用了特殊的夹紧技术，在焊接时创建了一个密封的屏障，可以有效地防止腐蚀，提高电路的可靠性。
此外，PN结的制作工艺也非常简单，它可以使用熔化、装配、测试等多种工艺制作。
由于其结构简单，它可以在机械工具中快速加工，也可以使用激光或电火花等高精度的加工工具。
此外，PN结的装配也十分方便，可以节省大量的人工及时间成本。
与其他连接方式相比，PN结具有优异的性能和可靠性，使它成为焊接连接技术中被广泛使用的一种方式。
它的可靠性、耐热性、耐腐蚀性等可以满足不同应用场合的需要，也可以用于多种电子元件的连接。
总之，PN结具有良好的导电性能，热导率，耐热性，耐腐蚀性，可靠性和方便的制作工艺。
由于这些优良的特点，PN结被广泛应用于电子元件、电路板和机电设备等行业。
半导体pn结的物理特性及弱电流测量
半导体pn结的物理特性及弱电流测量半导体 PN 结的物理特性：1. 堆积区与耗尽区：在 PN 结中，PN 结两侧有一个堆积区和一个耗尽区。
堆积区是在 PN 接触处的一侧，其中 N 区的自由电子会向 P 区扩散，而 P 区的空穴会向 N 区扩散。
耗尽区是在堆积区的另一侧，其中电子和空穴被扩散后形成的正负离子互相吸引，形成一个没有可自由移动电荷的区域。
2. 正向偏置：当在 PN 结上施加正向电压时，电子从 N 区向 P 区移动，空穴从 P 区向 N 区移动，导致堆积区的宽度变窄。
此时电流从 P 区流向 N 区，称为正向电流。
3. 反向偏置：当在 PN 结上施加反向电压时，电子被吸引进 N 区，空穴被吸引进 P 区，导致堆积区的宽度增加。
这时几乎没有电流通过 PN 结，称为反向电流。
当反向电压过大时，会发生击穿现象，此时电流急剧增加。
4. PN 结的导电特性：在正向偏置下，PN 结导电特性近似于理想二极管，正向电流随着正向电压的增加呈指数型增长。
在反向偏置下，PN 结导电特性近似于理想断路器，基本没有电流通过。
弱电流测量：弱电流测量是指对非常小的电流进行测量。
由于电流非常微弱，存在一些测量上的困难和限制。
常见的弱电流测量方法有以下几种：1. 电流放大：由于弱电流不能直接测量，通常需要将其放大到可以测量的范围。
放大器可以选择放大电流，提高信号的幅度。
2. 高阻抗电路：在测量弱电流时，需要使用高阻抗电路，以最大程度地减小电流的流失。
高阻抗电路可以降低电流流过测量电路时的电压降，从而减小电流的误差。
3. 屏蔽环境干扰：由于弱电流非常微弱，容易受到环境中的电磁干扰影响。
屏蔽环境干扰可以采取一些措施，例如使用屏蔽罩、信号隔离等，减小干扰对弱电流测量结果的影响。
4. 温度控制：温度的变化也会对弱电流测量产生影响。
通常需要对测量环境进行温度控制，确保测量的稳定性和准确性。
需要注意的是，弱电流测量需要仪器设备的高灵敏度和高精度，同时也需要严密的实验条件和精确的操作技巧。
pn结的特性
pn结的特性PN结（P-N结）是由半导体材料中的p类（正极）和n类（负极）材料组成的基本构成单元，它们之间形成的接口称为PN结，是整个半导体器件中最重要的结构。
PN结主要用于传输信号，它是半导体器件在信号传输、电路编程、芯片技术中最重要的结构。
PN结具有如下特点：1、通特性优良：PN结由两个互补的半导体材料构成，当外加电压时，p和n两型半导体材料之间形成电势峰，极导电能力极强，对微弱电流的电压响应性能好，所以它可以具备很高的信号放大系数、微弱电流放大系数以及低电阻和静态漏电流。
2、受性能优良：PN结的电压接受性能优良，只要外加的脉冲电压超过介入压，就会发生导通现象，所以它是放大器和敏感器的重要元件，也可以用于制作抗干扰的电路，可以有效抑制噪声抗干扰能力强，电压接受性优良，所以，在微电子电路中，它是十分重要的元件之一。
3、压压控性优良：PN结具有优良的电压压控性，只要外加的电压超过介入压，就会自动导通，而当电压低于介入压时，会自动断开导通状态，所以它是制作自动控制电路的必备元件，在通用电路和微机控制电路中，它都表现出优良的性能。
4、干扰性能优良：PN结的抗干扰性能优良，因为它的导通电流较小，而且它产生的介入电压较高，所以它可以抑制噪声，而且它的导电压变化小，抗干扰性强，能有效的抑制外界噪声对电路的影响，因此，在电路中应用非常广泛，可以提高系统的可靠性。
PN结是整个半导体器件中最重要的结构，它具有导通特性优良，接受性能优良，电压压控性优良，以及抗干扰性能优良的特点，在电路中应用非常广泛，可以提高系统的可靠性。
同时，它在信号传输、电路编程、芯片技术中也扮演着重要角色。
因此，了解PN结的特性对于半导体技术开发及应用非常重要，可以为学习和研究半导体技术提供有效帮助。
pn结的特性
pn结的特性
PN结（p-n头）是由一个正向的片和一个负向的片组成的接头，是电子元件中最常用的接头。
它在芯片和元件之间保证了信号的稳定传输，且可保证元件的可靠性和耐久性。
PN结的特点有：首先，温度稳定性高。
PN结的传导系数受温度变化影响较小，即使温度变化很大，结构也不会发生明显变化，很容易维护。
此外，它是耐用的，能够承受大量的振动和压力，因此可以提供高效的传输性能。
此外，它也是一种经济可行的结构，能够有效地减少连接成本。
PN结广泛应用于通信、机器人、超声波及电子装配等领域中。
在通信领域，PN结可以在电子电路中作为连接器，它可以把芯片与外部信号元件连接在一起，实现有效的信号传递。
在机器人领域，用于连接电路板的PN结能够把传感器和控制元件连接到一起，以更好地控制机器人的运动。
在超声波装置应用中，PN结可以提供高效的信号传输，从而有助于准确检测物体的位置。
在电子装配工艺中，PN 结可以把元件与PCBs连接，是芯片与外部PCB连接的最有效方法。
PN结有不同的结构，其中包括销接和螺纹接头，具有不同的优势。
销接接头可以提供与经济和加工容易性相结合的表现，而螺纹接头可以提供更强的连接力。
此外，还有很多其他的结构，比如焊接接头和插接接头，它们各有优势，可以满足不同应用场合的需求。
总而言之，PN结是一种非常可靠和有效的接口，它可以把单片机和芯片结合在一起，并有效地传递信号。
它具有耐用，结构紧凑，
可靠性高以及温度稳定性高等优势，能够有效地满足不同应用场合的需求。
PN结的形成与特性
PN结的形成当P型半导体和N型半导体接触后，由于交界两侧半导体类型不同，存在电子和空穴的浓度差。
这样P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散。
由于扩散运动，在P区和N区的接触面就产生正负离子层。
N区失掉电子产生正离子，P区得到电子产生负离子。
通常称这个正、负离子层为PN结。
在PN结的P区一侧带负电，N区一侧带正电。
PN结便产生了内电场，内电场的方向是从N区指向P区。
内电场对扩散运动起到阻碍作用，电子和空穴的扩散运动随着内电场的加强而逐步减弱，直至达到平衡，在界面处形成稳定的空间电荷区。
如下图：
PN结的特性a PN结的正向导通性当P-N结正向连接时，即P型半导体区域接到电池的正极，N型半导体区域接到电池的负端。
P-N结正向电阻很小，通过P-N结的正向电流很大，这是由于外加电池再P-N结中所产生的电场方向相反，阻挡层厚度减小。
P区的空穴和N
区的电子再这个外加的电场的吸引下不断地流过交界处，使它的电阻大大降低电流很容易通过。
若外加电压继续上升，则自建电场被减弱和抵消，所以正向电流随着外加正向电压的增加而逐渐上升。
b PN结的反向截止性当P-N结反向连接时，P区接电池负端，N区接电池正端，P-N结呈现很大的电阻，通过P-N结中的电流很小。
这是由于外加电池在P-N结中所产生的电场方向用P-N结自建电场方向相同。
阻挡层变厚，加强了电场阻止电子和空穴流通的作用，电阻大大增强，电流很难流过。
这就是反方向连接的电流很小的原因。
PN结特性及击穿特性
PN结的击穿特性：当反向电压增大到一定值时，PN结的反向电流将随反向电压的增加而急剧增加，这种现象称为PN结的击穿，反向电流急剧增加时所对应的电压称为反向击穿电压，如上图所示，PN结的反向击穿有雪崩击穿和齐纳击穿两种。
1、雪崩击穿：阻挡层中的载流子漂移速度随内部电场的增强而相应加快到一定程度时，其动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子—空穴对新产生的载流子在强电场作用下，再去碰撞其它中性原子，又产生新的自由电子—空穴对，如此连锁反应，使阻挡层中的载流子数量急剧增加，象雪崩一样。
雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN结中，阻挡层宽，碰撞电离的机会较多，雪崩击穿的击穿电压高。
2、齐纳击穿：当PN结两边掺杂浓度很高时，阻挡层很薄，不易产生碰撞电离，但当加不大的反向电压时，阻挡层中的电场很强，足以把中性原子中的价电子直接从共价键中拉出来，产生新的自由电子—空穴对，这个过程称为场致激发。
一般击穿电压在6V以下是齐纳击穿，在6V以上是雪崩击穿。
3、击穿电压的温度特性：温度升高后，晶格振动加剧，致使载流子运动的平均自由路程缩短，碰撞前动能减小，必须加大反向电压才能发生雪崩击穿具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。
6V左右两种击穿将会同时发生，击穿电压的温度系数趋于零。
4、稳压二极管：PN结一旦击穿后，尽管反向电流急剧变化，但其端电压几乎不变（近似为V(BR)，只要限制它的反向电流，PN结就不会烧坏，利用这一特性可制成稳压二极管，其电路符号及伏安特性如上图所示：其主要参数有：VZ 、Izmin 、Iz 、Izmax电压才能发生雪崩击穿具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。
6V左右两种击穿将会同时发生，击穿电压的温度系数趋于零。
PN结的电容特性：PN结除具有非线性电阻特性外，还具有非线性电容特性，主要有势垒电容和扩散电容。
PN结的形成及特性
2、PN结电学性能
单向导电性
正向电压
反向电压
综上： 1、加正向电压时，正向扩散电流较大，呈低电阻，PN结处导通状态； 2、加反向电压时，正向扩散电流被抑制，呈高电阻，PN结处截止状态；
2、PN结电学性能
0偏
从“势垒“的角度解释：
反偏
正偏
1、加反向电压时，PN结处截止状态，呈高电阻；
2、加正向电压时，PN结处导通状态，呈低电阻；
多子扩散~少子漂移 → 动态平衡 → 形成PN结
1.1、PN结的形成
1.1、PN结的形成
达到热平衡状态时，多子扩散流=少子漂移流
1.2、PN结能带图
P EC Ei EFp EV EA 接触前P、N型半导体的能带 ED N EC EFn Ei
qVD
统一的费米能级
EC EF
qVD
EV
EV
平衡状态下PN结能带图 能带弯曲， 形成势能“高坡”
3、金属-半导体接触
与N型半导体接触，Wm＞Ws 时，肖特基接触
Ws E0 Ec Wm qfns qVD En
Ec EFs Ev
Wm
EFm
Ev
Metal N-type semiconductor
统一的费米能级
与N型半导体接触，Wm<Ws 时，欧姆接触
Wm
耗尽层
E
Wm EFm
N型
能带向上弯曲 能带向下弯曲
肖特基接触 欧姆接触
P型
反阻挡层
（高电导区）
Wm>Ws Wm<Ws
阻挡层
（高阻区）
反阻挡层
（高电导区）
阻挡层
（高阻区）
高阻性，与PN结相似，单向导电性，常用于高频电路；
光伏电池PN结科普
pn 结电流电压特性1，pn 结的单向导电性（a）正向偏压下，pn结势垒的变化和载流子的运动处于热平衡状态的pn 结，空间电荷区内载流子浓度很低，电阻很大；p型和n型电中性区的载流子浓度很高，电阻很小。
因此，当给pn 结施加正向电压（即电源正极接p区，负极接n 区）时，外加偏压基本施加在势垒区。
正向偏压在势垒区产生了与内建电场的方向相反的电场，所以削弱了势垒区的内建电场。
因而，势垒区空间电荷相应减少，势垒区的宽度相应减小，同时势垒高度也从qVbi降低至q （Vbi-V）。
处于热平衡状态的pn 结，载流子的扩散电流Jdiff 与漂移电流Jdrift 完全相等，因而无净电流通过pn 结。
对pn结施加正向偏压后，势垒区电场强度减弱，漂移运动被削弱。
此时，扩散运动强于漂移运动（Jdiff > Jdrift），即产生了由电子从n 区指向p 区，空穴从p 区指向n 区的净扩散电流。
由于此时是多子的注入，当pn结被施加正向偏压时，可以产生很大的正向电流JF。
（b）反向偏压下，pn结势垒的变化和载流子的运动当pn 结被施加反向电压时，即电源正极接n区，负极接p 区时，反偏电压施加在势垒区的电场方向与内建电场的方向相同，势垒区的电场被增强，空间电荷区宽度增大，势垒高度由qVbi增高至q（Vbi + V）。
当pn 结被施加反向电压时，势垒区的电场被增强，载流子的漂移运动得到加强，使得漂移流大于扩散流（Jdiff < Jdrift），产生了空穴从n 区向p 区以及电子从p 区向n区的净漂移流。
这时，少子不断地被抽取出来，因而其浓度比平衡情况下的少子浓度还要低。
由于此时为少子的扩散运动，势垒区少子浓度已经很低，所以通过pn 结的反向电流JR 很小。
综上，当pn 结被施加正向偏压时，形成很大的正向扩散电流，pn 结呈现低电阻状态，pn 结导通；当pn 结被施加反向偏压时，形成很小的少子反向扩散电流，pn 结呈现高电阻状态，pn 结截止。
平衡 PN 结 结构和物理特性
平衡 PN 结结构和物理特性在P型半导体与N型半导体的紧密接触交界处，会形成一个具有特殊电学性能过渡区域；平衡PN结——就是指没有外加电压、光照和辐射等的PN结。
1、 PN结的杂质分布状态○均匀分布：p型和n型区杂质浓度分布均匀—突变结○缓变分布：杂质浓度从界面向二侧逐渐提高—缓变结常用概念○ pn结结深-- pn结材料表面到pn结界面的距离，用x j表示。
○线性缓变结--结深附近杂质浓度分布梯度可用线性近似-线性缓变结，即dN(x)/dx|x=xj = C突变结近似--dN(x)/dx|x=xj =|C|○单边突变结—对于突变结，若p区掺杂浓度远高于n区掺杂浓度，或反之。
即：ＮＡ＞＞ＮＤ，用p＋n表示；ＮＤ＞＞ＮＡ，用pn＋表示。
★理论上通常将pn结按突变结或线性缓变结近似处理。
2、pn结基本物理特性基本特征及要点：空间电荷区(耗尽层)，自建电场，接触电势差，能带结构，载流子分布。
当半导体形成P-N结时，由于结两边存在着载流子浓度梯度，导致了空穴从P区到N区，电子从N区到P区的扩散运动。
对于P区空穴离开后，留下了不可移动的带负电荷的电离受主，这些电离受主没有正电荷与之保持电中性，因此，在P-N结附近P区一侧出现了一个负电荷区；同理，在P-N结附近N区一侧出现了由电离施主构成的一个正电荷区，通常把在P-N结附近的这些电离施主和电离受主所带电荷称为空间电荷，它们所存在的区域称为空间电荷区（也称之为势垒区）空间电荷区中的这些电荷产生了从N区指向P区，即从正电荷指向负电荷的电场，称之为内建电场（自建电场）。
在内建电场作用下，载流子作漂移运动。
电子和空穴的漂移运动方向与它们各自扩散运动的方向相反。
因此，内建电场起到阻碍电子和空穴继续扩散的作用。
室温附近，对于绝大部分空间电荷区，其中杂质虽然都已电离，但载流子浓度比起N区和P区的多数载流子浓度小得多，好像已经耗尽了，所以通常也称势垒区为耗尽层，即认为其中载流子浓度很小，可以忽略，空间电荷密度就等于电离杂质浓度。
PN结的伏安特性与电容击穿
P+区
势垒区
EC
EV
反向偏压升高
P区价带顶高于 N区导带底
P区价带电子按一定几率 穿透势垒到达N区导带
形成电子空穴对
隧道效应
主要发生于高掺杂PN结中（P+N+结） 非破坏性可逆击穿
[势垒区宽度较小时]
隧道击穿电压较低 如 Si-PN 结 VB < 4.5 V 雪崩击穿电压较高 如 Si-PN 结 VB > 6.7 V
P
N
空间电荷区
内建电场
P
N
x
p
x
n
位
电
q
电子的电势能
带
能
qVD
EC
EV
EFΒιβλιοθήκη Ei带能EC
EV
EFN
Ei
EFP
1.1 PN结空间电荷区
*
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。
P
N
－ ＋ － ＋ － ＋
正向PN结
＋
－
P
N
－－ ＋＋ －－ ＋＋ －－ ＋＋
反向PN结
－
＋
反之，当PN结两端加反 向偏压VR则称反向PN结。
1.2 PN结的单向导电性
*
正向电压VF 外加电场与内建电场方向相反 空间电荷区中的电场减弱 势垒区宽度变窄 势垒高度变低 qVD ↓ q(VD－VF) 破坏扩散与漂移运动间的平衡 扩散运动 强于 漂移运动 形成较大的电流， 正向偏压给PN结形成了低阻的电流通路
PN结伏安特性
*
平衡PN结：指半导体在零偏压条件下的PN结。 PN 结内温度均匀、稳定，不存在外加 电压、光照、磁场、辐射等外作用平衡 状态。
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PN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。
P
N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。
此时PN结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于
扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。
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，故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，这个电流也称为反向
饱和电流。
PN结加反向电压时的导电情况（动画）
（3）PN结的伏安特性
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
3. PN结方程
根据理论分析，PN结两端的电压V与流过PN结的电流I之间的关系为：
其中：I S为PN结的反向饱和电流；V T称为温度电压当量，在温度为300K(27°C)时，V T约为26mV；
所以上式常写为：
PN结正偏时，如果V> V T几倍以上，上式可改写为：
即I随V按指数规律变化。
PN结反偏时，如果V > V T几倍以上，上式可改写为：
其中负号表示为反向。
4. PN结的击穿特性
如图所示，当加在PN结上的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然急剧增大，PN结产生电击穿—这就是PN结的击穿特性。
发生击穿时的反偏电压称为PN结的反向击穿电压V BR。
PN结的电击穿是可逆击穿，及时把偏压调低，PN结即恢复原来特性。
电击穿特点可加以利用（如稳压管）。
热击穿就是烧毁，是不可逆击穿。
使用时尽量避免。
PN结被击穿后，PN结上的压降高，电流大，功
率大。
当PN结上的功耗使PN结发热，并超过它的耗
散功率时，PN结将发生热击穿。
这时PN结的电流和
温度之间出现恶性循环，最终将导致PN结烧毁。
5 . PN结的电容效应
PN结除了具有单向导电性外，还有一定的电容效应。
按产生电容的原因可
分为：
(1) 势垒电容C B
势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。
当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。
势垒电容的示意图如下图。
(2) 扩散电容C D
扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。
因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。
刚扩散过来的电子就堆积在P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。
反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。
扩散电容的示意图如图所示。
当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。
所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当电容的充放电过程。
势垒电容和扩散电容均是非线性电容。
PN结在反偏时主要考虑势垒电容。
PN结在正偏时主要考虑扩散电容。