PN结的基本特点(pn结工作特点)

什么是半导体？根据导电性，导电性好的可以叫导体，导电性差的可以叫绝缘体，介于两者之间的叫半导体。半导体物理中提到带隙，它是半导体的一个重要参数。带隙决定了材料是导体还是绝缘体。半导体有五个重要特性:掺杂、光敏性、热敏性、负电阻率温度特性和整流特性。

什么是PN结？

如前所述，有些半导体是掺杂的。现在，我们将对掺杂半导体做一个简单的分类。

1.n型半导体:掺有少量杂质P的硅或锗晶体，因为P的最外面五个电子与硅或锗形成共价键，而另一个多余的电子没有束缚，所以成为自由电子。在N型半导体中，电子浓度较高，主要由电子传导。

2.p型半导体:掺杂少量杂质B的硅或锗晶体，因为B的最外层三个电子与硅或锗形成共价键，同时会形成空空穴。这里的空空穴相当于正电荷，会吸引电子来填充。P型半导体空空穴浓度高，主要由/[/]引起

在完整的硅衬底或锗衬底上，通过掺杂工艺在一侧形成N型，在另一侧形成P型，在两个半导体的界面附近形成PN结。

在区域N中，更多的电子变成更多的子体，而空穴空变成更少的子体，而在区域P中，情况相反。因此界面处出现了电子和空空穴的浓度差，N区的电子向P区扩散，P区的空空穴向N区扩散。作为扩散的结果，N区域失去电子并带正电，而P区域获得电子，失去空空穴并带负电。电路打开，就会形成一个。形成后，出现了从N区到P区的内建电场，发生了组织扩散运动。同时，这种内建电场使N区的空穴空回到P区，而P区的电子回到N区，称为漂移运动，方向与扩散运动相反。这样内部电场减弱，扩散运动加强。最后多载流子的扩散和少数载流子的漂移达到一个动态平衡，在结处形成一个薄的离子层，然后在空之间形成一个电荷区，即PN结。

PN结有哪些特性？

从PN结的形成可以看出，要使PN导电，必须减弱内建电场。因此，负电源接N区，正电源接P区，在PN结形成反向电场，削弱内部电场，使多载流子扩散继续，形成正向传导电流。但当施加反向电压时，内部电场会增大，少数载流子漂移加剧，产生微弱电流。如果继续增加，共价键会被破坏，空空穴中的电子会全部溢出，使PN结被击穿成为导体，产生巨大的反向击穿电流。

这是PN结的基本特性，也是半导体和ic设计的基本原则。也是分析基于晶体管的复杂电子电路时最根本的出发点。

特性:反向击穿特性

PN结加反向电压时，反向电流急剧增加到一定程度，此时的电压称为反向击穿电压。按击穿电压可分为齐纳击穿和雪崩击穿。纳米击穿的击穿电压小于6V，雪崩击穿大于6V。此外，还有热效应引起的热电击穿。

特性:单向导电

PN结加直流电压时，形成的扩散电流远大于漂移电流，因此可以忽略漂移电流的影响，在PN结上产生压降，从而导通，呈现低阻。当施加反向电压时，内部电场增强，漂移运动加剧，漂移电流大于扩散电流，所以可以忽略扩散电流的存在，就好像没有电流截止一样，所以表现为高阻。当温度不变时，本征激发产生的少数载流子浓度不变，因此漂移电流也不变。只要不超过击穿电压，反向电流就饱和了，称为反向饱和电流。

PN结加正向电压PN结加直流电压

PN结加反向电压反向电压PN结

PN结的形成PN结的形成

特性:伏安特性

下图是PN结的伏安特性曲线和伏安特性表达式。其实在电子信息类专业的电子电子学基础教材里已经详细接受了，我就不再过多重复了，因为一张图说明了真相。

特性:电容特性

1.势垒电容:前面提到PN结是离子薄层形成的空之间的电荷区。如果我们改变PN结的结电压，离子薄层的厚度就会发生变化，相当于离子薄层电荷量的变化。由于电压的变化，电荷的变化有点类似于电容器的特性。这种电容称为势垒电容，施加反向电压时不能忽略，其值不是常数。变容二极管就是基于这个原理。

2.扩散电容:

PN结加直流电压时，电压越大，扩散电流越大，所以会积累很多载流子。当电压降低时，多载流子也会消散，浓度降低。这种多载流子的充放电随着外加电压的变化而变化。类似于电容器的充电和放电。这叫扩散电容，正向偏置时多数载流子浓度较高，不能忽略。有偏时，多载波浓度小，一般可以忽略。

多子浓度分布曲线多重浓度分布曲线

PN结的总电容是两者之和，正向偏置时扩散电容是主要电容，反向偏置时势垒电容是主要电容。

做个小结

今天我们先简单介绍一下PN结的形成机理和主要特性，然后再介绍一下PN的应用和制作工艺。PN结是半导体技术的基础和核心，也是制造集成电路和半导体器件的基本原理。深入了解PN结的机理是我们后续学习的保障，这样才不会迷茫。