PN结的形成及PN结工作原理(单向导电)讲解

学习本文前您可能需要阅读上一节课《P型半导体和N型半导体的形成》的部分内容,这将有助于您对本文的理解。

PN结的形成

如果把一块本征半导体的两边掺入不同的元素,使一边为P型,另一边为N型,则在两部分的接触面就会形成一个特殊的薄层,称为PN结。PN结是构成二极管、三极管及可控硅等许多半导体器件的基础。PN结载流子的扩散运动

如右图所示是一块两边掺入不同元素的半导体。由于P型区和N型区两边的载流子性质及浓度均不相同,P型区的空穴浓度大,而N型区的电子浓度大,于是在交界面处产生了扩散运动。P型区的空穴向N型区扩散,因失去空穴而带负电;而N型区的电子向P型区扩散,因失去电子而带正电,这样在P区和N区的交界处形成了一个电场(称为内电场)。

PN结内电场的建立PN结内电场的方向由N区指向P区,如右图所示。

在内电场的作用下,电子将从P区向N区作漂移运动,空穴则从N区向P区作漂移运动。经过一段时间后,扩散运动与漂移运动达到一种相对平衡状态,在交界处形成了一定厚度的空间电荷区叫做PN结,也叫阻挡层,势垒。

PN结的工作原理

PN结上加正向电压如果将PN结加正向电压,即P区接正极,N区接负极,如右图所示。由于外加电压的电场方向和PN结内电场方向相反。在外电场的作用下,内电场将会被削弱,使得阻挡层变窄,扩散运动因此增强。这样多数载流子将在外电场力的驱动下源源不断地通过PN结,形成较大的扩散电流,称为正向电流。

由此可见PN结正向导电时,其电阻是很小的加反向电压时PN结变宽,反向电流很小

如果PN结加反向电压,如右图所示,此时,由于外加电场的方向与内电场一致,增强了内电场,多数载流子扩散运动减弱,没有正向电流通过PN结,只有少数载流子的漂移运动形成了反向电流。由于少数载流子为数很少,故反向电流是很微弱的。

因此,PN结在反向电压下,其电阻是很大的

由以上分析可以得知:

PN结通过正向电压时可以导电,常称为导通;而加反向电压时不导电,常称为截止。这说明:PN结具有单向导电性

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