常用半导体器件原理(2) ---PN结 西电丝绸之路云课堂 孙肖子
2.1 半导体物理基础 2.2 晶体二极管及其应用 2.3 晶体三极管原理、特性及参数 2.4 场效应管原理、特性及参数 2.5 晶体三极管及场效应管低频小信号模型
2.2 PN 结--半导体器件基础 通过掺杂工艺，一边做成 P 型半导体，另一边做成 N 型半导体，则 P 型半导体和 N 型半导体的交接面处会形成一个有特殊物理性质的薄层，称为 PN 结。 2.2.1 PN 结的形成
空间电荷区又称为耗尽区或势垒区或阻挡层。在掺杂浓度不对称的 PN 结中，耗尽区在重掺杂一边延伸较小，而在轻掺杂一边延伸较大。
4.2.2 PN 结的单向导电特性 一、正向偏置(P+,N-)的 PN 结 二、反向偏置(P-,N+)的 PN 结 (很大) (很小)
正偏----导通 反偏----截止 而且正向电流随正向电压的微小变化会发生明显改变(指数特性) PN 结的单向导电特性： PN 结只需要较小的正向电压，就能产生较大的正向扩散电流， 而且正向电流随正向电压的微小变化会发生明显改变(指数特性) 而在反偏时，少子只能提供很小很小的漂移电流，并且基本上不随反向电压而变化。 正偏----导通 反偏----截止
2.2.3 PN结的击穿特性 UBR 在轻掺杂的PN结中，当外加反向电压时，耗尽区较宽，少子漂移通过耗尽区时被加速，动能增大。 反向击穿 当反向电压超过一定值UBR后，反向电流会急剧增大，这种现象称为PN结击穿，并定义UBR为PN结的击穿电压。PN结发生反向击穿的机理可以分为两种。 一. 雪崩击穿 在轻掺杂的PN结中，当外加反向电压时，耗尽区较宽，少子漂移通过耗尽区时被加速，动能增大。 外电场使耗层展宽
雪崩击穿机理 IR 发生碰撞的连锁反应，使载流子剧增。
二. 齐纳击穿(场致击穿) 在重掺杂的PN结中，耗尽区很窄，所以不大的反向电压就能在耗尽区内形成很强的电场强度。当反向电压大到一定值时，强电场足以将耗尽区内中性原子的价电子直接拉出共价键，产生大量电子-空穴对，使反向电流急剧增大。 电场强度极大 IR 一般来说，对硅材料的PN结，UBR> 7V时为雪崩击穿； UBR < 5V时为齐纳击穿； UBR介于5 ~ 7 V时，两种击穿都有。 需要指出，只要限制击穿后的电流，击穿并不损坏PN结(可逆性)。
2-2-4 PN结的电容特性 PN结具有电容效应，它由势垒电容和扩散电容两部分组成。 1. 势垒电容 耗尽区中存贮的电荷量将随外加电压的变化而改变。这一特性正是电容效应，并称为势垒电容，用CT表示。 理论分析证明：
正向偏置的PN结，由于多子扩散，会形成一种特殊形式的电容效应。下面利用P区一侧载流子的浓度分布曲线来说明。 2. 扩散电容 正向偏置的PN结，由于多子扩散，会形成一种特殊形式的电容效应。下面利用P区一侧载流子的浓度分布曲线来说明。 N区电子向P区扩散，非平衡电子形成曲线①的浓度分布。其存贮的电荷量对应①下的面积。 当偏压增大时，曲线变为② 所示，电荷的增加量为△Qn 。 反之，偏压减小时，曲线变为③所示，其电荷的减少量为△Qn 。 P区少子浓度分布曲线
其值通常为几十至几百pF； 反偏时以CT为主，Cj ≈ CT，. 其值通常为几至几十pF。 CD CT 必须指出，CT、CD都随外加电压的变化而变化，所以势垒电容和扩散电容都是非线性电容。 由于CT和CD均等效地并接在PN结上，因而PN结上的总电容Cj为两者之和，即Cj= CT + CD 。 CT CD 正偏时以CD为主，Cj ≈ CD， 其值通常为几十至几百pF； 反偏时以CT为主，Cj ≈ CT，. 其值通常为几至几十pF。 因为CT和CD很小，低频工作时可忽略其影响。但在高频工作时，必须考虑它们引起的不利影响。
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