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一、PN结的单相导电性
1、PN结外加正向电压
如下图所示:
这里就简单画了,“ ”和“-”就分别代表正负离子了。
正向电压:“ ”结P区,“-”结N区。
我们又叫它“PN结正偏”,显而易见,此时外电场和内电场相反,PN结的平衡状态极易打破。
原理:在外电场的推动下,P区的多子“空穴”开始向N区移动,与“负离子”中和;N区的多子“自由电子”向P区移动,与“正离子”中和,导致这内电场里的电荷都被中和掉了,那自然内电场电势下降。
这里补充一个知识点:
扩散电流:多子扩散运动形成的电流;
漂移电流:少子漂移运动形成的电流。
在这里,扩散大于漂移,所以PN结扩散电流大于漂移电流,那么扩散电流就成为了电流的主导力量,我们叫它“正向电流”。
外加电场增大时,内电场减弱,正向电流也增大,正常导通时,从P端向N端看去,是有压降的,就是没加电场时的内电场电压。而且外电场电压稍微变化一点,正向电流都会有显著的变化,可见正偏时,PN结的可以看做是一个很小的电阻,再加上已知的恒定电压压降。
2、PN结外加反向电压
如下图所示:
这里就不多说了,连接呀什么的和正偏都相反,这里叫“PN结反偏”。
外加反偏电场,不同的在于,P、N区的多子都远离内电场的电荷区,导致,负离子、正离子都变多了,宽度也变大了。
少子漂移比多子扩散强,此时PN结内电流变成了漂移电流为主导,我们称“反向电流”。因为少子是“本征激发”,电子很少,因而电流很弱,更何况,少子浓度是受温度影响的,温度不变,电压再怎么增大,反向电流有也几乎不变。
可见,反向时,PN结就是一个很大的电阻,基本上就是截止的。
二、PN结的伏安特性
直接上图:
温度升高时,伏安特性曲线正偏的左移,反偏的下移。
通过图像我们还可以发现,正向电压的压降随温度上高而下降。
三、PN结的击穿特性
这里介绍的两种击穿都是因为反向电流“过大”而击穿的,分别是“齐纳击穿”和“雪崩击穿”。
1、齐纳击穿
首先,掺杂浓度较高,空间电荷区窄,外加的反向不大时,内电场的电压显著增强,太强的时候就会把共价键里的电子给“拽”出来,形成了大量的空穴对,导致“反向电流”急剧增大。
电流一大,会产生很多热量,在那一瞬间,这个半导体就烧了,冒烟了。
2、雪崩击穿
首先,掺杂浓度较低,空间电荷区宽,内电场也逐渐增大。路过电荷区的少子,会在电场的加速下获得很大的动能,大到能把共价键里的电子给“撞”出来,新出来的载流子也被电场加速,再去“撞”其他的,这样连锁反应,载流子一下子变多了,反向电流也变大了。
电流一大,又一个半导体烧了。
因为电流大,半导体过热烧毁的,造成永久性损坏的击穿,我们又叫它“热击穿”。
四、PN结的电容效应
我们下面介绍“势垒电容”和“扩散电容”。
1、势垒电容
前面我们介绍到PN结的导电性时说到了正偏和反偏。
正偏时,P、N区的多子流入内电场,有点像电容充电那感觉了;
反偏时,P、N区的多子从内电场离开,还像电容放点的样子。
因此,我们把这种电容效应称为“势垒电容”。
2、扩散电容
PN结外加正向电压时,N区的多子扩散到P区,因为存在距离,所以会形成浓度梯度,P区的多子扩散到N区也是如此,如果增大了正向电压,那么多子扩散增加,依然会存在浓度梯度,同理,减小正向电压也是一样的原理。
这种电容的积累与释放也像电容充放电时电荷的运动,这种效应我们称“扩散电容”。
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