范文一：pn结的工作原理
pn结工作原理
1.2.1 PN结的形成
在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
因浓度差
?
多子的扩散运动?由杂质离子形成空间电荷区
?
空间电荷区形成形成内电场
? ?
内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧,留下离子薄层,这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。在空间电荷区,由于缺少多子,所以也称耗尽层。PN结形成的过程可参阅图01.06。
图01.06 PN结的形成过程
1.2.2 PN结的单向导电性
PN结具有单向导电性,若外加电压使电流从P区流到N区,PN结呈低阻性,所以电流大,反之是高阻性,电流小。
如果外加电压使,
PN结P区的电位高于N区的电位称为加正向电压,简称正偏,
PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压,简称反偏。 (1) PN结加正向电压时的导电情况
PN结加正向电压时的导电情况如图01.07所示。
外加的正向电压有一部分降落在PN结区,方向与PN结内电场方向相反,削弱了内电场。于是,内电场对多子扩散运动的阻碍减弱,扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流,可忽略漂移电流的影响,PN结呈现低阻性。
图01.07 PN结加正向电压时的导电情况
(2) PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电情况如图01.08所示。
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。
PN结加正向电压时,呈现低电阻,具有较大的正向扩散电流,PN结加反向电压时,呈现高电阻,具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论,PN结具有单向导电性。
图01.08 PN结加反向电压时的导电情况
1.2.3 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C ,二是扩散B电容C 。 D
(1) 势垒电容C B
势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时,离子薄层的厚度也相应地随之改变,这相当PN结中存储的电荷量也随之变化,犹如电容的充放电。势垒电容的示意图见图01.09。
图01.09 势垒电容示意图
(2) 扩散电容C D
扩散电容是由多子扩散后,在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时,由N区扩散到P区的电子,与外电源提供的空穴相复合,形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近,形成一定的多子浓度梯度分布曲线。反之,由P区扩散到N区的空穴,在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图如图01.10所示。
当外加正向电压不同时,扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同,这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。
范文二：pn结工作原理
PN结工作原理
硅与大核元素混合结晶为半导体，混入大核元素量不同或混入不同大小核元素导电性也不同，当不同性质半导体紧密接合则在接触面形成单向导电层PN结。这种特性传统物理学认为半导体P层存在空穴N层存在自由电子。但据固体特性原子接收电子和失去电子则元素发生质变或原子间共用电子关系破坏固体被熔解和气化，因此，正常情况下两种不同电性半导体接触面(PN结)处原子是不可能存在电子跃出或接收的，那么为什么不同电性半导体接触面可形成单向导电,据本人掌握知识其原因如下:
研究之前首先确定:电流是核振波和原子核极方向调转波。
硅晶混入大核原子越大量越多晶体正电性越强，否则晶体正电性越弱，当两种不同电性半导体接触则负电性较弱一侧原子核在负电性较强一侧引力下发生偏移，也可以是原子正极调向负电性较强一侧形成N层。同理负电性较强一侧原子中的电子在N层引力下向P层靠近形成P层。电性不同半导体在接触面处原子极方向或核偏移形成固定方向排列或核向固定方向偏移，见图，这种接触关系类似风箱进气阀门，只允许单向气体流动，当电流(负电压)冲击PN结时则出现下列2 种情况:
1.电流(负电压)从左侧冲击PN结时接触面原子极方向在负电压影响下调转方向或核向电流流进方向移动，因此PN结允许电流从N区流进P区。
2.电流(负电压)从右侧冲击PN结时接触面原子极方向在负电场引力下不能调转也不存在核移动因此没有电流从P区流进N区呈关闭状态。
注:在此原子正电性强与弱由原子核大小决定，在同压力温度环境下原子核越大原子正电性越强电子层厚度越小，否则相反。原子内不存在质子，中子是带正电性的最小基本粒子。PN结单向导电原理可解释不同导体接触面双向电阻不同，在不同方向电流冲击下可造成接触面发热或击穿(熔解)能力不同，当然自然环境下的PN结现象非常多。
范文三：pn结的形成
PN结的形成
一、PN结的形成
在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，那么
在两种半导体的交界面附近就形成了PN结。PN结是构成各种半导体器件的基础。
在P型半导体和N型半导体结合后，由于N型区内电子很多而空穴很少，而P型区内空穴很多电子很少，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差别。这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。于是，有一些电子要从N型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。它们扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子,N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。半导体中的离子不能任意移动，因此不参与导电。这些不能移动的带电粒子在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，就是所谓的PN结。空间电荷区有时又称为耗尽区。扩散越强，空间电荷
区越宽。
在出现了空间电荷区以后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区就形成了一个内电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。显然，这个电场的方向与载流子扩散运动的方向相反，它是阻
止扩散的。
另一方面，这个电场将使N区的少数载流子空穴向P区漂移，使P区的少数载流子电子向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，这就使空间电荷减少，因此，漂
移运动的结果是使空间电荷区变窄。
当漂移运动和扩散运动相等时，PN结便处于动态平衡状态。
二、PN结的正向导电性
当PN结加上外加正向电压，即电源的正极接P区，负极接N区时，外加电场与PN结内电场方向相反。在这个外加电场作用下，PN结的平衡状态被打破，P区中的多数载流子空穴和N区中的多数载流子电
子都要向PN结移动，当P区空穴进入PN结后，就要和原来的一部分负离子中和，使P区的空间电荷量减少。同样，当N区电子进入PN结时，中和了部分正离子，使N区的空间电荷量减少，结果使PN结变窄，即耗尽区由厚变薄，由于这时耗尽区中载流子增加，因而电阻减小。势垒降低使P区和N区中能越过这个势垒的多数载流子大大增加，形成扩散电流。在这种情况下，由少数载流了形成的漂移电流，其方向与扩散电流相反，和正向电流比较，其数值很小，可忽略不计。这时PN结内的电流由起支配地位的扩散电流所决定。在外电路上形成一个流入P区的电流，称为正向电流。当外加电压稍有变化(如O.1V)，便能引起电流的显著变化，因此电流是随外加电压急速上升的。 这时，正向的PN结表现为一个很小的电阻。
三、PN结的反向导电性
当PN结外加反向电压，即电源的正极接N区，负极接P区。外加电场方向与PN结内电场方向相同，PN结处于反向偏置。在反向电压的作用下，P区中的空穴和N区中的电子都将进一步离开PN结，使耗尽区厚度加宽，PN结的内电场加强。这一结果，一方面使P区和N区中的多数载流子就很难越过势垒，扩散电流趋近于零。另一方面，由于内电场的加强，使得N区和P区中的少数载流子更容易产生漂移运动。这样，流过PN结的电流由起支配地位的漂移电流所决定。漂移电流表现在外电路上有一个流入N区的反向电流IR。由于少数载流子是由本征激发产生的，其浓度很小，所以IR是很微弱的，一般为微安数量级。当管子制成后，IR数值决定于温度，而几乎与外加电压无关。IR受温度的影响较大，在某些实际应用中，
还必须予以考虑。
PN结在反向偏置时，IR很小，PN结呈现一个很大的电阻，可认为它基本是不导电的。
四、PN结的伏安特性
PN结的伏安特性(外特性)如图所示，它直观形象地表示了PN结的单向导电性。
伏安特性的PN结的伏安特性曲线 表达式
式中
iD——通过PN结的电流
vD——PN结两端的外加电压
VT——温度的电压当量，VT = kT/q = T/11600 = 0.026V，其中k为波耳兹曼常数(1.38×10–23J/
K)，T为热力学温度，即绝对温度(300K)，q为电子电荷(1.6×10–19C)。在常温下，VT ?26mV。
e——自然对数的底
Is——反向饱和电流，对于分立器件，其典型值为108~1014A的范围内。集成电路中二极管PN结，
其Is值则更小.
当vD>>0，且vD,VT时， ;
当vD,0，且 时，iD?–IS?0。
由此可看出PN结的单向导电性。
五、PN结的反向击穿特性
反向伏安性
当PN结外加反相电压|vD|小于击穿PN结的伏安特电压(VBR)时，iD?–IS。IS很小且随温性曲线 度变化。当反向电压的绝对值达到|VBR|
后，反向电流会突然增大，此时PN结处
于―反向击穿‖状态。发生反向击穿时，在
反向电流很大的变化范围内，PN结两端电
压几乎不变。
反向击穿分为电击穿和热击穿，电击穿包括雪崩击穿和齐纳击穿。PN结热击穿后电流很大，电压又
很高，消耗在结上的功率很大，容易使PN结发热，把PN结烧毁。热击穿是不可逆的。
雪崩击穿
当PN结反向电压增加时，空PN结的雪崩击穿符号 间电荷区中的电场随着增强。这样，
通过空间电荷区的电子和空穴，就
会在电场作用下获得的能量增大，
在晶体中运动的电子和空六将不断 地与晶体原子又发生碰撞，当电子
和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由电子–空穴对。新产生的电子和空穴也向相反的方向运动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子–空穴对，这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增
加得多而快，这样，反向电流剧增， PN结就发生雪崩击穿。
齐纳击穿
在加有较高的反向电压下，PN结空间电荷区中存一个强电场，它能够破坏共价键，将束缚电子分离出来产生电子–空穴对，形成较大的反向电流。发生齐纳击穿需要的电场强度约为2×105V/cm，这只有在杂质浓度特别大的PN结中才能达到。因为杂质浓度大，空间电荷区内电荷密度(即杂质离子)也大，因而
空间电荷区很窄，电场强度可能很高。
六、PN结的势垒电容
在一定条件下，PN结显现出充放电的电容效应。不同的工作情况下的电容效应，分别用势垒电容和
扩散电容于以描述。
势垒电容CB
势垒电容CB描述了PN结势垒区空间电荷随电压变化而产生的电容效应。PN结的空间电荷随外加电压的变化而变化，当外加电压升高时，N区的电子和P区空穴进入耗尽区，相当于电子和空穴分别向CB―充电‖，如图(a)所示。当外加电压降低时，又有电子和空穴离开耗尽区，好像电子和空穴从CB放电，如(b)所示。CB是非线性电容，电路上CB与结电阻并联。在PN结反偏时结电阻很大，CB的作用不能忽图
视，特别是在高频时，它对电路有较大的影响。
七、PN结的扩散电容
扩散电容CD
PN结正向导电时，多子扩散到对方区域后，在PN结边界上积累，并有一定的浓度分布。积累的电荷量随外加电压的变化而变化，当PN结正向电压加大时，正向电流随着加大，这就要求有更多的载流子
积累起来以满足电流加大的要求;而当正向电压减小时，正向电流减小，积累在P区的电子或N区的空穴就要相对减小，这样，当外加电压变化时，有载流子的向PN结―充入‖和―放出‖。，PN结的扩散电容CD
描述了积累在P区的电子或N区的空穴随外加电压的变化的电容效应。
CD是非线性电容，PN结正偏时，CD较大，反偏时载流子数目很少，因此反向时扩散电容数值很小。
一般可以忽略。
八、PN结的高频等效电路
由于PN结结电容(CB和CD)的存在，使其在高频运用时，必须考虑结电容的影响。PN结高频等效电路如下图所示，图中r表示电阻，C为结电容，它包括势垒电容和扩散电容。C的大小除了与本身结构和工艺有关外，还与外加电压有关。当PN结处于正向偏置时，r为正向电阻，数值很小，而结电容较大(主要决定于扩散电容CD)。当PN结处于反向偏置时，r为反向电阻，其数值较大。结电容较小(主要
决定于势垒电容CB)。
范文四：pn结原理是什么
pn 结原理是什么
1.2.1 PN 结的形成
在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质 , 分别形成 N 型半导体和 P 型半导体。此时将在 N 型半导 体和 P 型半导体的结合面上形成如下物理过程 :
因浓度差
↓
多子的扩散运动 ?由杂质离子形成空间电荷区
↓
空间电荷区形成形成内电场
↓ ↓
内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散
最后, 多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。 在 P 型半导体和 N 型半导体的结合面两侧, 留下离子薄
层,这个离子薄层形成的空间电荷区称为 PN 结。 PN 结的内电场方向由 N
区指向 P 区。在空间电荷区,由
于缺少多子,所以也称耗尽层。 PN 结形成的过程可参阅图 01.06。
图 01.06 PN 结的形成过程(动画 1-3)如打不开点这儿(压缩后的)
1.2.2 PN 结的单向导电性
PN 结具有单向导电性,若外加电压使电流从 P 区流到 N 区, PN 结呈低阻性,所以电流大;反之是高阻 性,电流小。
P 区是电子 p 为五价 锗 硅 一类为四价 所以呈现电子 N 为 3价 则结合三个电子 硅上形成一个空穴
如果外加电压使:
PN 结 P 区的电位高于 N 区的电位称为加正向电压,简称正偏;
PN 结 P 区的电位低于 N 区的电位称为加反向电压,简称反偏。
(1) PN 结加正向电压时的导电情况
PN 结加正向电压时的导电情况如图 01.07所示。
外加的正向电压有一部分降落在 PN 结区,方向与 PN 结内电场方向相反,削弱了内电场。于是,内电 场对多子扩散运动的阻碍减弱,扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流,可忽略漂移电流的影响, PN 结 呈现低阻性。
图 01.07 PN 结加正向电压时的导电情况 (动画 1-4), 如打不开点这儿(压缩后的)
(2) PN 结加反向电压时的导电情况
PN 结加反向电压时的导电情况如图 01.08所示。
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。
PN 结加正向电压时,呈现低电阻,具有较大的正向扩散电流; PN 结加反向电压时,呈现高电阻,具有很 小的反向漂移电流。由此可以得出结论:PN 结具有单向导电性。
图 01.08 PN 结加反向电压时的导电情况 (动画 1-5), 如打不开点这儿(压缩后的)
1.2.3 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 。
(1) 势垒电容 CB
势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使 PN 结上压降发生变化时,离子薄层的厚度 也相应地随之改变,这相当 PN 结中存储的电荷量也随之变化,犹如电容的充放电。势垒电容的示意图见 图 01.09。
图 01.09 势垒电容示意图
(2) 扩散电容 CD
扩散电容是由多子扩散后,在 PN 结的另一侧面积累而形成的。因 PN 结正偏时,由 N 区扩散到 P 区的 电子, 与外电源提供的空穴相复合, 形成正向电流。 刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠 PN 结的附近, 形成一定的多子浓度梯度分布曲线。 反之, 由 P 区扩散到 N 区的空穴, 在 N 区内也形成类似的浓度梯度分 布曲线。扩散电容的示意图如图 01.10所示。
当外加正向电压不同时,扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以 PN 结两侧堆积的多子的浓度梯 度分布也不同,这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。
范文五：pn结原理是什么
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pn结原理是什么
1.2.1 PN结的形成
在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导
体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
因浓度差
?
多子的扩散运动?由杂质离子形成空间电荷区
?
空间电荷区形成形成内电场
? ?
内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散
最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向
P区。在空间电荷区，由
于缺少多子，所以也称耗尽层。PN结形成的过程可参阅图01.06。
图01.06 PN结的形成过程(动画1-3)如打不开点这儿(压缩后的)
1.2.2 PN结的单向导电性
PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN——————————————————————————————————————
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结呈低阻性，所以电流大;反之是高阻性，电流小。
P区是电子 p为五价 锗 硅 一类为四价 所以呈现电子 N为3价 则结合三个电子 硅上形成一个空穴
如果外加电压使:
PN结P区的电位高于N区的电位称为加正向电压，简称正偏;
PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。
(1) PN结加正向电压时的导电情况
PN结加正向电压时的导电情况如图01.07所示。
外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
图01.07 PN结加正向电压时的导电情况(动画1-4),如打不开点这儿(压缩后的)
(2) PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电情况如图01.08所示。
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，——————————————————————————————————————
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这个电流也称为反向饱和电流。
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流;PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。
图01.08 PN结加反向电压时的导电情况(动画1-5),如打不开点这儿(压缩后的)
1.2.3 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 。
(1) 势垒电容CB
势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。势垒电容的示意图见图01.09。
图01.09 势垒电容示意图
(2) 扩散电容CD
扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图如图01.10所示。
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当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。
所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当电容的
充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。
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