PN结：电流单向导通的半导体结构

图7-5 PN结形成示意

1.PN结的形成

通过某些方式将P型半导体和N型半导体结合在一起，则在它们的交接面上将形成PN结。如图7-5a所示的是一块晶片，两边分别形成P型和N型半导体。根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区向N区扩散，自由电子要从浓度高的N区向P区扩散，并在交界面发生复合（耗尽），形成载流子极少的正负空间电荷区，如图7-5b所示，也就是PN结，又叫耗尽层。

正负空间电荷在交界面两侧形成一个由N区指向P区的电场，称为内电场，它对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区又称为阻挡层。同时，内电场对少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）则可推动它们越过空间电荷区，这种少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。

扩散和漂移是相互联系，又是相互矛盾的。在一定条件下（例如温度一定），多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数载流子的漂移运动则逐渐增强，最后两者达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定下来，PN结就处于相对稳定的状态。

2.PN结的单向导电性

PN结具有单向导电的特性，这也是半导体器件的主要工作机理。

如果在PN结上加正向电压，外电场与内电场的方向相反，使空间电荷区变窄，内电场被削弱，多数载流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电流（由P区流向N区的正向电流）。在一定范围内，外电场越强，正向电流越大，这时PN结呈现的电阻很低，即PN结处于导通状态。如图7-6所示。

如果在PN结上加反向电压，外电场与内电场的方向一致，使空间电荷区变宽，内电场增强，使多数载流子的扩散运动难于进行，同时加强了少数载流子的漂移运动，形成由N区流向P区的反向电流。由于少数载流子数量很少，因此反向电流不大，PN结的反向电阻很高，即PN结处于截止状态，如图7-7所示。(www.xing528.com)

图7-6 PN结加正向电压时导通

图7-7 PN结加反向电压时截止

由以上分析可知，PN结具有单向导电性。

3.PN结的击穿

PN结处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。击穿形式分为两种：雪崩击穿和齐纳击穿。对于硅材料的PN结来说，击穿电压U>7V时为雪崩击穿，U<4V时为齐纳击穿。在4V与7V之间，两种击穿都有。

由于击穿破坏了PN结的单向导电性，因此一般使用时要避免。需要指出的是，发生击穿并不意味着PN结烧坏。