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PN結(jié)的工作原理

作者:佚名    文章來源:本站原創(chuàng)    點(diǎn)擊數(shù):    更新時(shí)間:2014-4-2

1.2.1 PN結(jié)的形成 

    在一塊本征半導(dǎo)體的兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程: 

       因濃度差 

           ↓

     多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)®由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 

                         ↓ 

             空間電荷區(qū)形成形成內(nèi)電場 

               ↓                   ↓ 

   內(nèi)電場促使少子漂移        內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 

    最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的結(jié)合面兩側(cè),留下離子薄層,這個(gè)離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。PN結(jié)的內(nèi)電場方向由N區(qū)指向P區(qū)。在空間電荷區(qū),由于缺少多子,所以也稱耗盡層。PN結(jié)形成的過程可參閱圖01.06。


圖01.06 PN結(jié)的形成過程(動(dòng)畫1-3)如打不開點(diǎn)這兒(壓縮后的)

1.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/B> 

   PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕敉饧与妷菏闺娏鲝腜區(qū)流到N區(qū),PN結(jié)呈低阻性,所以電流大;反之是高阻性,電流小。 

   如果外加電壓使: 

   PN結(jié)P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位稱為加正向電壓,簡稱正偏; 

   PN結(jié)P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位稱為加反向電壓,簡稱反偏。 

(1) PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 

PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖01.07所示。 

    外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū),方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反,削弱了內(nèi)電場。于是,內(nèi)電場對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱,擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流,可忽略漂移電流的影響,PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。


圖01.07 PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況(動(dòng)畫1-4),如打不開點(diǎn)這兒(壓縮后的) 

(2) PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 

PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖01.08所示。 

    外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū),方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同,加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng),擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流,可忽略擴(kuò)散電流,PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。 

    在一定的溫度條件下,由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的,故少子形成的漂移電流是恒定的,基本上與所加反向電壓的大小無關(guān),這個(gè)電流也稱為反向飽和電流。 

PN結(jié)加正向電壓時(shí),呈現(xiàn)低電阻,具有較大的正向擴(kuò)散電流;PN結(jié)加反向電壓時(shí),呈現(xiàn)高電阻,具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論:PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?nbsp;

圖01.08 PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況(動(dòng)畫1-5),如打不開點(diǎn)這兒(壓縮后的) 

1.2.3 PN結(jié)的電容效應(yīng) 

   PN結(jié)具有一定的電容效應(yīng),它由兩方面的因素決定。一是勢壘電容CB ,二是擴(kuò)散電容CD 。 

(1) 勢壘電容CB 

   勢壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí),離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變,這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化,猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖01.09。 

  
圖01.09 勢壘電容示意圖 

 

(2) 擴(kuò)散電容CD 

   擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后,在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí),由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子,與外電源提供的空穴相復(fù)合,形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在 P 區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近,形成一定的多子濃度梯度分布曲線。反之,由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴,在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容的示意圖如圖01.10所示。 

   當(dāng)外加正向電壓不同時(shí),擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同,這就相當(dāng)電容的充放電過程。勢壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。

Tags:PN結(jié)的工作原理,PN結(jié)  
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