第五章 PN结思维导图

hzz2003

2024-06-17

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第五章 PN结

PN结参数

PN结类型

PN结概述

PN结的形成，结构，参数等内容讲解

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PN结的形成和结构

结：任何两种物质（绝缘体除外）的冶金学接触（metallurgical contact, 即原子级接触）都称为结（junction）,有时也叫做接触（contact）。

PN结：由P型半导体和N型半导体实现冶金学接触所形成的结构叫做PN结。 PN结是除金属－半导体接触器件外几乎所有半导体器件的基本单元。

同质结：同种物质构成；异质结：不同种物质构成；同型结：同种导电类型的物质构成；异型结：不同种导电类型的物质构成；金半结：金属－半导体接触或金属－半导体结(M-S结)。

PN结的基本结构

由于空穴和自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使P区和N区原来的电中性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离子层，称此离子层为空间电荷区，这就是所谓的PN结

空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从N区指向P区的内电场。内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。 • 同时，内电场则可推动少数载流子（P区的自由电子和 N区的空穴）越过空间电荷区，进入对方。少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。 • 漂移运动和扩散运动的方向相反。无外加电场时，通过PN结的扩散电流等于漂移电流，PN结中无电流流过， PN结的宽度保持一定而处于稳定状态。

制备过程

反偏PN结

PN结P区接电源的负极，N区接电源的正极。外加电场与内建电场方向相同，增强了内建电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小，这时称PN结处于截止状态。

总结

平衡PN结参数

PN结中的扩散和漂移是相互联系，又是相互矛盾的。在一定条件（例如温度一定）下，多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数载流子的漂移运动则逐渐增强，最后两者达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定下来，PN结就处于相对稳定的状态。

空间电荷区的形成

平衡PN结及其能带

费米能级观点

载流子输运观点

PN结的击穿

正偏PN结

Ｐ－正, Ｎ－负。正向电压或正向偏置(简称正偏)

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少数载流子形成的漂移电流方向相反，很小，可忽略。PN结处于导通状态, 表现为一个很小的电阻

总结

PN结的电容效应

隧道二极管

隧道二极管是由一简单的p-n结所组成，而且p 型和n型都是重掺杂半导体。左图显示在四个不同电压条件下，隧道二极管的典型静态电流- 电压特性。此电流-电压特性是由隧穿电流与热电流两个成分所合成的结果

产生隧道电流的条件：（1）费米能级位于导带或价带的内部；（2）空间电荷层的宽度很窄，因而有高的隧道穿透几率；（3）在相同的能量水平上在一侧的能带中有电子而在另一侧的能带中有空的状态。当结的两边为重掺杂，从而成为简并半导体时，（1）、（2）条件满足。外加偏压可使条件（3）满足。

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