PN結(jié)的工作原理及形成原理

PN結(jié)的工作原理

如果將PN結(jié)加正向電壓，即P區(qū)接正極，N區(qū)接負(fù)極，如右圖所示。由于外加電壓的電場(chǎng)方向和PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反。在外電場(chǎng)的作用下，內(nèi)電場(chǎng)將會(huì)被削弱，使得阻擋層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)因此增強(qiáng)。這樣多數(shù)載流子將在外電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下源源不斷地通過PN結(jié)，形成較大的擴(kuò)散電流，稱為正向電流。

由此可見PN結(jié)正向?qū)щ姇r(shí)，其電阻是很小的。

如果PN結(jié)加反向電壓，如右圖所示，此時(shí)，由于外加電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)一致，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)減弱，沒有正向電流通過PN結(jié)，只有少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成了反向電流。由于少數(shù)載流子為數(shù)很少，故反向電流是很微弱的。

因此，PN結(jié)在反向電壓下，其電阻是很大的。

由以上分析可以得知：

PN結(jié)通過正向電壓時(shí)可以導(dǎo)電，常稱為導(dǎo)通；而加反向電壓時(shí)不導(dǎo)電，常稱為截止。這說明：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

PN結(jié)的形成原理

關(guān)于二極管的原理來自于PN結(jié)，下圖為本征半導(dǎo)體：

1.空穴與電子

動(dòng)畫中空穴是紅的，電子是藍(lán)的，其實(shí)我一直對(duì)空穴這個(gè)概念很抵觸，因?yàn)閺倪@個(gè)動(dòng)畫上來看空穴是不動(dòng)的。但講PN結(jié)、三極管的時(shí)候都會(huì)把空穴當(dāng)成運(yùn)動(dòng)的載流子，雖然似乎也不是很難理解。

P型半導(dǎo)體空穴多，容易吸引電子但原子核電荷不夠，會(huì)形成負(fù)電荷。

N型半導(dǎo)體電子多，電子容易逃跑且原子核電荷太多，會(huì)形成正電荷。

2.PN結(jié)

P（Positive）型半導(dǎo)體和N（Negative）型半導(dǎo)體構(gòu)成PN結(jié)以后，會(huì)擴(kuò)散出一個(gè)內(nèi)電場(chǎng)，也叫PN結(jié)、阻擋層、耗盡層、空間電荷區(qū)。

電子受到電場(chǎng)力作用會(huì)漂移向N級(jí)，但N級(jí)電子太多，還是會(huì)向P級(jí)擴(kuò)散。兩種運(yùn)動(dòng)形成了動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)然，不一定會(huì)像下面這個(gè)動(dòng)畫一樣形成穩(wěn)定的環(huán)形電流。

3.正向偏置

電源正極接P，負(fù)極接N，電荷會(huì)重新分布

因?yàn)檩d流子多而且PN結(jié)窄，所以會(huì)形成比較大的電流。

4.反向偏置

電源正極接N，負(fù)極接P，電荷也會(huì)重新分布

因?yàn)檩d流子少而且PN結(jié)太寬，所以電流會(huì)很小。