l. PN结的形成
(1)载流子的扩散运动
用掺杂工艺在一块完整半导体中,一部分形成P型半导体,另一部分形成N 型半导体。那么,在两种杂质型半导体交界处两侧,P区的空穴(多子)浓度远 大于N区的空穴(少子)浓度,因此,P区的空穴必然向N区运动,并与N区中的 电子复合而消失;同样,N区的电子必然向P区运动,并与P区中的空穴复合而消 失。这种由于浓度差而引起的载流子运动称为扩散运动,如图1-5所示。
(2) 内电场的建立
载流子扩散运动的结果,使交界面N区一侧失去电子而留下正离子,P区一 侧失去空穴而留下负离子:这些不能移动的带电离子称为空间电荷,相应地这个 区域称为空间电荷区,并建立起一个电场,其方向由N区指向P区,如图1-5所 示。为了区别由外加电压建立的电场,故把这个电场称为内电场。
(3) 内电场对载流子运动的作用
随着载流子扩散运动的进行,空间电荷区加宽,内电场加强,它将阻碍多子 的扩散;同时,内电场又推动P区的少子(电子)向N区、N区的少子(空穴)
向P区运动,这种在电场作用下的载流子运动称为漂移运动,其结果使空间电荷 区变窄,内电场削弱,而这又将导致多子扩散运动的加强:
(4) PN结的形成
由以上分析可见,载流子在P区和N区的交界面发生着扩散和漂移两种运 动。当多子扩散与少子漂移达到动态平衡时,空间电荷区的宽度基本上稳定下 来,PN结就形成了,其厚度为数微米。对空间电荷区来说其中多数载流子扩散 到对方复合而耗尽了,故又称为耗尽区。另外,由于PN结内电场阻止多子的继 续扩散,故又称之为阻挡层,还可称为势垒区。
2. PN结的单向导电性
(1) 加正向电压(或称正向偏置,简称正偏),即电源正极接P区,负极接 N区。这时外电场的方向与内电场方向相反,PN结的工作过程可简单表示如 下。
外电场削弱内电场—PN结变窄—扩散运动>漂移运动—多子扩散形成较大 的正向电流I—PN结导通。图1-6所示为PN结正向偏置时的电路图。
(2) 加反向电压(或称反向偏置,简称反偏),即电源正极接N区,负极 接P区。这时外电场的方 向与内电场方向相同,PN结的工作过程可简单表示如 下。
外电场加强内电场—PN结变宽—漂移运动>扩散运动—少子漂移形成极小 的反向电流I—PN结截止。图1-7所示为PN结反向偏置时的电路图。
(3) PN结的单向导电性。当PN结外加正向电压(正偏),即P区接高电 位、N区接低电位时,PN呈现低电阻,流过较大的电流(mA级),称为正向 导通,相当于开关闭合。当PN结外加反向电压(反偏),即P区接低电位、N区 接高电位时,PN呈现很大的电阻,流过极小的电流(UA极),称为反向截止, 相当于开关断开。这就是PN结的单向导电性。
3. PN结的反向击穿特性
当PN结的反向电压缯大到一定值时,反向电流隨电压数直的缯加而急剧增大,PN结失去了单相导电特性,这种现象称为PN结反向击穿。PN结的反向击 穿有以下两类。
(1) 热击穿:不可逆,应避免。
(2) 电击穿:可逆,又分为雪崩击穿和齐纳击穿。无论发生哪种击穿,若 对其电流不加以限制,都可能造成PN结的永久性损坏。