PN結(jié),PN結(jié)是什么意思?

PN結(jié),PN結(jié)是什么意思?

（1）當(dāng)Ｐ型半導(dǎo)體和Ｎ型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，由于交界面處存在載流子濃度的差異，這樣電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散。但是，電子和空穴都是帶電的，它們擴(kuò)散的結(jié)果就使Ｐ區(qū)和Ｎ區(qū)中原來的電中性條件破壞了。Ｐ區(qū)一側(cè)因失去空穴而留下不能移動(dòng)的負(fù)離子，Ｎ區(qū)一側(cè)因失去電子而留下不能移動(dòng)的正離子。這些不能移動(dòng)的帶電粒子通常稱為空間電荷，它們集中在Ｐ區(qū)和Ｎ區(qū)交界面附近，形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，這就是我們所說的ＰＮ結(jié)，如圖1所示。

（2）在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，多數(shù)載流子或已擴(kuò)散到對(duì)方，或被對(duì)方擴(kuò)散過來的多數(shù)載流子(到了本區(qū)域后即成為少數(shù)載流子了)復(fù)合掉了，即多數(shù)載流子被消耗盡了，所以又稱此區(qū)域?yàn)楹谋M層，它的電阻率很高，為高電阻區(qū)。

（3）Ｐ區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)負(fù)電荷，Ｎ區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)正電荷，因此空間電荷區(qū)出現(xiàn)了方向由Ｎ區(qū)指向Ｐ區(qū)的電場(chǎng)，由于這個(gè)電場(chǎng)是載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的，而不是外加電壓形成的，故稱為內(nèi)電場(chǎng)，如圖2所示。

（4）內(nèi)電場(chǎng)是由多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)引起的，伴隨著它的建立將帶來兩種影響：一是內(nèi)電場(chǎng)將阻礙多子的擴(kuò)散，二是P區(qū)和N區(qū)的少子一旦靠近PN結(jié)，便在內(nèi)電場(chǎng)的作用下漂移到對(duì)方，使空間電荷區(qū)變窄。

（5）因此，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散；而漂移運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場(chǎng)減弱，有利于多子的擴(kuò)散而不利于少子的漂移。當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，即ＰＮ結(jié)處于動(dòng)態(tài)平衡。ＰＮ結(jié)的寬度一般為0.5um。

PN結(jié)在未加外加電壓時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)處于動(dòng)態(tài)平衡，通過PN結(jié)的電流為零。

（1）外加正向電壓（正偏）

當(dāng)電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)時(shí)，稱為給pN結(jié)加正向電壓或正向偏置，如圖3所示。由于PN結(jié)是高阻區(qū)，而P區(qū)和N區(qū)的電阻很小，所以正向電壓幾乎全部加在PN結(jié)兩端。在PN結(jié)上產(chǎn)生一個(gè)外電場(chǎng)，其方向與內(nèi)電場(chǎng)相反，在它的推動(dòng)下，N區(qū)的電子要向左邊擴(kuò)散，并與原來空間電荷區(qū)的正離子中和，使空間電荷區(qū)變窄。同樣，P區(qū)的空穴也要向右邊擴(kuò)散，并與原來空間電荷區(qū)的負(fù)離子中和，使空間電荷區(qū)變窄。結(jié)果使內(nèi)電場(chǎng)減弱，破壞了PN結(jié)原有的動(dòng)態(tài)平衡。于是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)超過了漂移運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散又繼續(xù)進(jìn)行。與此同時(shí)，電源不斷向P區(qū)補(bǔ)充正電荷，向N區(qū)補(bǔ)充負(fù)電荷，結(jié)果在電路中形成了較大的正向電流IF。而且IF 隨著正向電壓的增大而增大。

（2）外加反向電壓（反偏）

當(dāng)電源正極接N區(qū)、負(fù)極接P區(qū)時(shí)，稱為給PN結(jié)加反向電壓或反向偏置。反向電壓產(chǎn)生的外加電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)的方向相同，使PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，它把P區(qū)的多子（空穴）和N區(qū)的多子（自由電子）從PN結(jié)附近拉走，使PN結(jié)進(jìn)一步加寬，PN結(jié)的電阻增大，打破了PN結(jié)原來的平衡，在電場(chǎng)作用下的漂移運(yùn)動(dòng)大于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。這時(shí)通過PN結(jié)的電流，主要是少子形成的漂移電流，稱為反向電流IR。由于在常溫下，少數(shù)載流子的數(shù)量不多，故反向電流很小，而且當(dāng)外加電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，它幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因此反向電流又稱為反向飽和電流。當(dāng)反向電流可以忽略時(shí)，就可認(rèn)為PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。值得注意的是，由于本征激發(fā)隨溫度的升高而加劇，導(dǎo)致電子一空穴對(duì)增多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增長(zhǎng)。反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須考慮溫度補(bǔ)償問題。

綜上所述，PN結(jié)正偏時(shí)，正向電流較大，相當(dāng)于PN結(jié)導(dǎo)通，反偏時(shí)，反向電流很小，相當(dāng)于PN結(jié)截止。這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?