（已结帖）2011-05-06-工控擂台-什么是PN结？ 点击：1593 | 回复：41
1、什么是PN结，PN 结最主要的物理特性是什么？
2、PN 结还有那些名称？
3、在PN 结加反向电压时果真没有电流吗?
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导体：很容易导电；绝缘体：几乎不导电；半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间，主要有硅、锗、硒、砷化镓等，最常用的半导体材料是事硅和锗，它们都是四价元素，原子与原子之间形成稳定的共价键结构。纯净的半导体即不含杂质的半导体，当温度高于热力学温度时，束缚电子会跳出原来位置，成为自由电子，自由电子带负电，空穴则带正电。自由电子和空穴是成对出现的，同称为载流子。
半导体材料在外加电压作用下所产生的电流是由自由电子和空穴两种载流子的运动形成的。其导电能力在不同条件下会有很大差异，主要有：
1、热敏性。温度越高，导电能力越强。
2、光敏性。一些半导体在受到光照时，导电能力会增强。
3、在纯净半导体中掺入微量杂质也会使其导电能力增强。
当在纯净半导体硅或锗中掺入杂质，如3价的硼元素，称为P型半导体或空穴半导体。在这种半导体中，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。
当在纯净半导体硅或锗中掺入杂质，如5价的磷元素，称为N型半导体或电子半导体。在这种半导体中，自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。
但无论P型半导体还是N型半导体对外都不显电性。
1、PN结的形成
P型半导体和N型半导体有机结合在一起时，在交界面处就会产生载流子的相对扩散运动，形成一个空间电荷区，这就是PN结。 PN结又叫耗尽层，势垒区，阻挡层，或叫空间电荷区等。
当P型半导体和N型半导体结合在一起时，带负电的自由电子和带正电的空穴都要从浓度高的地方向浓度低的方向扩散，扩散的结果使P区和N区的原来的中性条件被破坏了，P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子，这些带电的离子集中在P区和N区的交界面处，形成一个很薄的空间电荷区，就是所谓的PN结。
内电场的方向就是由带正电的N区指向带负电的P区，这对多数载流子的进一步扩散起阻碍作用，但对少数载流子的漂移起推动作用，在一定条件下，漂移和扩散达到动态平衡状态，PN结处于一种相对稳定状态。
一个由P型和N型半导体材料组成的半导体器件，其P 型 与 N型半导体材料相互结合的部分（过渡区）称为PN结。
1、ＰＮ结的单向导电性PN结正偏时，正向电流较大，相当于PN结导通，反偏时，反向电流很小，相当于PN结截止。这就是PN结的单向导电性。
PN结的伏安特性
2、伏安特性曲线：加在PN结两端的电压和流过二极管的电流之间的关系曲线称为伏安特性曲线。
3、PN结的击穿特性
当PN结上加的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然剧增，这种现象称为PN结的反向击穿。PN结出现击穿时的反向电压称为反向击穿电压，用VB表示。反向击穿可分为雪崩击穿和齐纳击穿两类。
4、PN结的电容效应
PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。一是势垒电容CB，二是扩散电容CD。
PN结 P型半导体与N型半导体相互接触时，其交界区域称为PN结。
P区中的自由空穴和N区中的自由电子要向对方区域扩散，造成正负电荷在 PN 结两侧的积累，形成电偶极层(图4 )。电偶极层中的电场方向正好阻止扩散的进行。当由于载流子数密度不等引起的扩散作用与电偶层中电场的作用达到平衡时，P区和N区之间形成一定的电势差，称为接触电势差。由于P 区中的空穴向N区扩散后与N区中的电子复合，而N区中的电子向P区扩散后与P 区中的空穴复合，这使电偶极层中自由载流子数减少而形成高阻层，故电偶极层也叫阻挡层，阻挡层的电阻值往往是组成PN结的半导体的原有阻值的几十倍乃至几百倍。
PN结具有单向导电性，半导体整流管就是利用PN结的这一特性制成的。PN结的另一重要性质是受到光照后能产生电动势，称光生伏特效应，可利用来制造光电池。半导体三极管、可控硅、PN结光敏器件和发光二极管等半导体器件均利用了PN结的光生伏特特性。
PN结的简单解释：一个由P型和N型半导体材料组成的半导体器件，其P 型 与 N型半导体材料相互结合的部分（过渡区）称为PN结。
P型半导体材料的简单解释：在“单晶硅”材料中，通过特殊工艺掺入少量的三价元素，使单晶硅内部形成“带正电的空穴”（正电荷）；
N型半导体材料的简单解释：在“单晶硅”材料中，通过特殊工艺掺入少量的五价元素，使单晶硅内部形成“带负电的自由电子”（负电荷）。
至于什么是三价元素、五价元素，请查阅相关化学资料，在此不作复述。
PN结形成过程的简单解释：
P型材料有着多数可以移动的正电荷 和 少数固定不动的负电荷（负离子）；N型材料有着多数可以移动的负电荷 和 少数固定不动的正电荷（正离子）
当P型和N型材料接触时，通过结合处，正电荷从P型半导体向N型半导体扩散，负电荷从N型半导体向P型半导体扩散。正电荷 与 负电荷相遇而结合，原有的正电荷和负电荷（载流子）消失。因此在结合处的附近区域（结区）中有一段距离缺少正电荷或负电荷（载流子），却有分布在这一区域的带电的固定电荷（固定不动的“负离子”或固定不动的“正离子”），称为空间电荷区 。P 型半导体一边的没有参与扩散的“负离子” ，N 型半导体一边的没有参与扩散的“正离子”，在空间电荷区产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散 ，达到平衡。
将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基片上，由于电子和空穴的扩散运动而形成空间电荷，空间电荷集中在P区和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是PN结。
PN 结最主要的物理特性就是单向导电性和较为敏感的温度特性。
2、PN 结还有那些名称？
空间电荷区、阻挡层、耗尽层等。
3、在PN 结加反向电压时果真没有电流吗?
PN结加反向电压时，空间电荷区变宽，区中电场增强，我们称为PN结截止，但并不是完全没有电流，少数载流子在反向电压的作用下产生极小的反向漏电流。当反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大，如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁。
1、什么是PN结，PN 结最主要的物理特性是什么？
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。P是positive的缩写，N是negative的缩写，表明正荷子与负荷子起作用的特点。 一块单晶半导体中 ，一部分掺有受主杂质是P型半导体，另一部分掺有施主杂质是N型半导体时 ，P 型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称为PN结。PN结有同质结和异质结两种。用同一种半导体材料制成的 PN 结叫同质结 ，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质结通常采用外延生长法。 P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴； N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。 在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的 。N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区 。P 型半导体一边的空间电荷是负离子 ，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散 ，达到平衡。 在PN结上外加一电压 ，如果P型一边接正极 ，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导电性。 PN结加反向电压时 ，空间电荷区变宽 ， 区中电场增强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压。基本的击穿机构有两种，即隧道击穿（也叫齐纳击穿）和雪崩击穿，前者击穿电压小于6V，有负的温度系数，后者击穿电压大于6V，有正的温度系数。 PN结加反向电压时，空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件。它的电容量随外加电压改变。 根据PN结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利用其基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。如利用PN结单向导电性可以制作整流二极管、检波二极管和开关二极管，利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二极管；利用高掺杂PN结隧道效应制作隧道二极管；利用结电容随外电压变化效应制作变容二极管。使半导体的光电效应与PN结相结合还可以制作多种光电器件。如利用前向偏置异质结的载流子注入与复合可以制造半导体激光二极管与半导体发光二极管；利用光辐射对PN结反向电流的调制作用可以制成光电探测器；利用光生伏特效应可制成太阳电池。此外，利用两个 PN结之间的相互作用可以产生放大，振荡等多种电子功能 。PN结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心，是现代电子技术的基础。在二级管中广泛应用。 PN结的平衡态,是指PN结内的温度均匀、稳定,没有外加电场、外加磁场、光照和辐射等外界因素的作用,宏观上达到稳定的平衡状态.
2、PN 结还有那些名称？
空间电荷区、阻挡层、耗尽层等。
3、在PN 结加反向电压时果真没有电流吗?
不是 外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。 在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。
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