PN结的特性及基础原理

如果将P型半导体和N型半导体制作在同一块本征半导体基片上，在它们的交界面就会形成一层很薄的特殊导电层即PN结，如图5.3所示。PN结形成的过程中，多数载流子的扩散和少数载流子的漂移共存。开始时多子的扩散运动占优势，扩散运动的结果使PN结加宽，内电场增强；另一方面，内电场又促使了少子的漂移运动：P区的少子电子向N区漂移，补充了交界面上N区失去的电子，同时，N区的少子空穴向P区漂移，补充了原交界面上P区失去的空穴，显然漂移运动减少了空间电荷区带电离子的数量，削弱了内电场，使PN结变窄。最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定，即PN结形成。

PN结内部载流子基本为零，因此导电率很低，相当于介质。但PN结两侧的P区和N区导电率很高，相当于导体，这一点和电容比较相似，所以说PN结具有电容效应。又因为由不能移动的正负离子组成，其中几乎没有载流子，因此又称为空间电荷区或耗尽层。

图5.3　PN结的形成

若在PN结两端外加电压，即给PN结加偏置，PN结中将有电流流过。当外加电压极性不同时，PN表现出截然不同的导电性能，即呈现出单向导电性。

（1）正向导通。

若PN结的P端接电源正极、N端接电源负极，这种接法称为正向偏置，简称正偏，如图5.4（a）所示。正偏时，PN结变窄，流过较大的正向电流（主要为多子电流），其方向由P区指向N区。此时PN结对外电路呈现较小的电阻，这种状态称为正向导通。(www.xing528.com)

（2）反向截止。

若PN结的P端接电源负极、N端接电源正极，这种接法称为反向偏置，简称反偏，如图5.4（b）所示。反偏时，PN结变宽，流过较小的反向电流（主要为少子电流），其方向由N区指向P区。此时PN结对外电路呈现较高的电阻，这种状态称为反向截止。

图5.4　外加电压时的PN结

PN结的上述“正向导通，反向阻断”作用，说明它具有单向导电性，PN结的单向导电性是它构成半导体器件的基础。

PN结中反向电流的讨论，由于常温下少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随外加电压的变化而变化，因此反向电流又称为反向饱和电流。反向饱和电流由于很小一般可以忽略，从这一点来看，PN结对反向电流呈高阻状态，也就是所谓的反向阻断作用。值得注意的是，由于本征激发随温度的升高而加剧，导致电子-空穴对增多，因而反向电流将随温度的升高而成倍增长。反向电流是造成电路噪声的主要原因之一，因此，在设计电路时，必须考虑温度补偿问题。