模电之半导体基础篇2(PN结)

一、PN结的形成

1、过程
使用工艺,将P区域N区分散在左右两边,在浓度差作用下:电子从N取向P区扩散,空穴从P区向N区扩散
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2、PN结
经过这样的多子(N区电子与P区空穴)互相扩散的过程之后,会在P区和N区的交界面上,留下一层不能移动的正离子(N区)、负离子(P区)。该层称作空间电荷层、阻挡层、耗尽层,即所谓的PN结。

二、PN结的动态平衡

1、扩散: 多子才会扩散,电子从N取向P区扩散,空穴从P区向N区扩散

2、漂移: 少子才会漂移,空穴从N区向P区漂移,电子从P区向N区漂移

3、动态平衡

  • 在PN结内会形成由N区指向P区的内电场,该电场会减弱多子的扩散,增强少子的漂移,最终PN结大小不变,达到动态平衡。
  • 具体就是N区漂移的空穴与P区扩散的空穴对等,P区漂移的电子与N区扩散的电子对等。
  • 平衡状态:流过PN结的净电流为零;PN结的厚度一定(几微米);接触电位一定(零点几伏)

三、PN结的正反偏置

1、PN结的正向偏置

  • 当外加直流电压使PN结P型半导体的一端电位高于N型半导体一端的电位时,称为正偏(常用)
  • 内电场会被削弱,利于多子进行扩散,PN结变窄,呈现低阻、导通状态

2、PN结的反向偏置

  • 当外加直流电压使PN结N型半导体的一端电位高于P型半导体一端的电位时,称为反偏
  • 内电场会被增强,利于少子进行漂移,PN结变宽,呈现高阻、截止状态

3、注意:因为少子浓度主要与温度相关,因此反向电流与反向电压几乎无关

四、电流的估算、PN结的击穿性

1、电流的定量估算
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2、PN结的击穿特性
当PN结上所加的反向电压达到一定数值时,反向电流激增的现象

  • 雪崩击穿:可逆,常发生在掺杂浓度小的二极管
  • 齐纳击穿:可逆,常发生在掺杂浓度大的二极管
  • 热击穿:PN结耗散功率超过极限值,使温度升高,导致PN结过热而烧毁

五、PN结的电容

1、势垒电容
空间电荷量随着PN结偏置电压的变化而变化。这种电容效应用势垒电容C(B)表征。
PN结类似电容:
当外加电压不同时,耗尽层的电荷量随外加电压而增多或减少,与电容的充放电过程相同。耗尽层宽窄变化所等效的电容为势垒电容。

2、扩散电容
PN结正向偏置电压越高,非平衡少子的积累越多。这种电容效应用扩散电容C(D)表征。

3、PN结总电容
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