《模拟与数字电子技术基础》1.2pn结.pptVIP

1.2 PN结 1.2.1 PN结的形成 1.2.2 PN结的单向导电性 1.2.3 PN结的电容效应 1.2.1 PN结的形成 N P 将一块P型半导体和N型半导体紧密连接在一起，这种紧密连接不能有缝隙，是一种原子半径尺度上的紧密连接。下图是PN结形成过程的示意图，图中蓝色小圆 为多子电子；红色小圆 为多子空穴。蓝色小方块 为少子电子；红 色小方块 为少子空穴。 扩散电流 图1.2.1 PN结的形成 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。 因P区和N区多子浓度差,形成多子的扩散运动, P区的空穴向N区扩散； N区的电子向P区扩散，于是产生了扩散电流。 N P 扩散电流 漂移电流 内电场 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。 图1.02.01 PN结的形成 内电场的形成将阻止扩散运动的进一步发展，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。 N P 扩散电流 漂移电流 内电场 图1.2.1 PN结的形成 移电流的大小就一定，不会随内电场加大而加大。从而在一定温度条件下，扩散和漂移会达到动态平衡，扩散电流和漂移电流相等。 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 以上在N型半导体和P型半导体结合面上形成的物理过程过程概括如下： 因浓度差 ? 多子的扩散运动?由杂质离子形成空间电荷区 ? 空间电荷区形成内电场 ? 内电场促使少子漂移 ? 内电场阻止多子扩散 因为内电场(PN结)中的多数载流子已经扩散尽了，缺少多子，所以PN结也称为耗尽层。PN结有许多别名，空间电荷区、耗尽层、内电场、离子薄层等等。 扩散电流 漂移电流 ＝ PN结具有单向导电性，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；若P区的电位低于N区，电流从N区流到P区，PN结呈高阻性，所以电流小。如果外加电压使： 下面对PN结的单向导电性进行解释。 1.2.2 PN结的单向导电性 给PN结所加的电压满足UP UN，称为给PN结加正向电压，简称PN结正偏； 给PN结所加的电压满足UP UN，称为给PN结加反向电压，简称PN结反偏。 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做PN结。P区为正极；N区为负极。对于图示的实验电路(表示二极管负极的黑色圆环在右侧)， PN结正偏，此时二极管导通，发光二极管因电流大而发光。 电源正极 二极管负极黑色圆环标记在右侧 发光二极管发光 图1.2.2 PN结单向导电性实验(正偏) 一、 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1.2.3所示。 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。 IF 内电场 外电场 内电场 图1.2.3 PN结加正向电压 R E 此时PN结反偏，电阻大，发光二极管不发光，说明PN结不导电。这个实验说明PN结具有单向导电性。 将PN结左右翻转180?，二极管负极接电源正极，黑色标记在左侧。 发光二极管熄灭 电源正极 图1.2.3 PN结单向导电性实验(反偏) 二、 PN结加反向电压时的导电情况 PN结加反向电压时的导电情况如图1.2.4所示。 外加的反向电压大部分降落在PN结区，方向与PN结内电场相同，加强了内电场。内电场对多子扩