V(x)
VD x
nn0 EFn EFp k0T ln n E p0 Fp
Evp
2 i 2 i
Ecp
Ecn EFn Evn
又nn0 N D n p 0 n / p p 0 n / N A
NDNA qVD k0T ln n2 i
qV n( x p ) np0 exp kT 1 0
qV p( xn ) pn0 exp kT 1 0
n( x ) n( x p ) exp
x xp L n
-Xp
nn0 n(x) p n0
Xn X
pp0 np0
-Xp Xn
nn0 pn0
X
pp0 np0
-Xp Xn
nn0 pn0
27
X
三、 理想PN结的电流电压关系
1、理想pn结的条件
–小注入 –突变结近似 –忽略势垒区中载流子的复合 –非简并
np p p0 pn nn0
28
2、电流密度
4
内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。
漂移运动 内建电场E + + + + + +
－ － － － － －
－ － － － － － p型半导体 － － － － － － － － － － － －
+ + + + + + + + + + + +
+ + + + + +
n型半导体
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散运动
扩散的结果是使空间 电荷区逐渐加宽。
5
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。 2、空间电荷区中内电场阻碍p区中的空穴、n 区中的电子（都是多子）向对方运动（扩 散运动）。
3 、 p 区中的电子和 n 区中的空穴（都是少 子），数量有限，因此由它们形成的电流 很小。
6
二、 pn结接触电势差
电位V
受温度影响很大。 温度每升高10℃，IS约增加一倍。
36
四、 PN结中影响电流电压关系的因素
37
1、势垒区的产生和复合电流
•复合电流(正向偏压)
xn
J r x eu( x )dx
p
np ni2 u p ( n n1 ) n ( p p1 )
EC ( x ) EFn n( x ) N C exp k T 0
势垒层增大 、变宽，不 利于空穴向 Ｎ区运动， 也不利于电 子向P区运 动,没有正 向电流。
23
V
P
-
-
++ ++ ++ ++
N
V=0
内电场被被加强， 多子的扩散受抑制。 少子漂移加强，但 少子数量有限，只 能形成很弱的反向 电流。
V- P
-
-----
+++ +++ +++ +++
N
+
V<0
24
PN结反偏 势垒区变宽
pn 0 ni2 ND
np0
ni2 NA
31
32
33
讨论:
•J-V关系
J
qV k0T 0.026 eV
V
qV J J s exp kT 1 0
qV J J s exp kT 0

V 0
J J s
13
P区中的少子浓度 N区中的少子浓度

Xp Xn X
qVD n p 0 n( x p ) nn0 exp k T 0
qVD pn0 p( xn ) p p 0 exp k T 0
qnn qp p
IR与V 近似无关。
温度T

电流IR
内建电场增强
少子漂移>>多子扩散 少子漂移形成微小的反向电流IR PN结截止
25
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。
26
二、 非平衡PN结的能带图

1

14
§6.2 pn结的电流-电压特性
一、 PN结的单向导电性
E
E
I
I n型
p型
p型
n型
E内
正向偏压
E内
反向偏压
பைடு நூலகம்15
１. 正向偏压
16
V
P
-
-
++ ++ ++ ++
N
V+
P
-
+ + + +
N
-
V=0
V>0
内电场被削弱，势 垒层变窄，多子的 扩散加强，能够形 成较大的扩散电流。
第六章
pn Junction
pn 结
PN 结的能带图；
重点掌握：
接触势； PN 结的偏置； 耗尽区厚度与电压的关系； 结电容； PN 结的伏-安特性； 肖克莱定律
1
§6.1 pn结及其能带图
一、 pn结的形成
2
•合金法
N (x)
Al
NA ND x
突变结
N A N D p n N D N A n p
四、 pn结（势垒区中）的载流子分布
pp0 np0
Xp
p(x) n(x)
nn0 pn0
X
Xn
EF EV ( x ) EC ( x ) E F p( x ) NV exp n( x ) N C exp k T k T 0 0 EVp EV ( x ) EC ( x ) ECn p p 0 exp nn0 exp k T k T 0 0
qDp ni2 qDn ni2 J0 LN L N n A p D
p+-n结
qV J D 2 ni Lp exp 2k T Jr N D X D 0
J= Jp +Jn Jp Jn
-Xp Xn
Jn Jp
X
J Jn J p
qV J J s exp kT 1 0
qDp n qDn n Js LN LN n A p D
2 i 2 i
Shockley Equation

34
I IS ( e
qV k0T
1)
qV k0T
正偏时： I I S e 反偏时： I I S
35
•温度对J的影响
Shockley Equation：
qV J J s exp k T 1 0
IS为反向饱和电流，其值与外加电压近似无关，但
x xn p( x ) p( xn )exp L p
正偏
29
反偏
30
qDn eV Jn ( xp ) np0 exp 1 Ln k0T
qV qD p J p ( xn ) pn0 exp 1 Lp k0T
EFp EV ( x ) p( x ) NV exp k T 0
EFn EFp EC ( x ) EV ( x ) np NV N C exp exp k T k T 0 0
qV np n exp k T 0
17
18
PN结正偏 势垒区变窄 内建电场减弱 多子扩散>>少子漂移 多子扩散形成较大的正向电流I PN结导通
19
I （毫安）
３０
正向
２０ １０
外加正向电压越大，正 向电流也越大，而且是 呈非线性的。

0
0.2
（伏） V
1.0
电压V
电流I
Ge
20
21
电子电流
空穴电流的转换
22
2. 反向偏压
k0T N D N A VD ln 2 q ni
N D , N A VD
Eg , ni VD
T 300K , N A 1017 cm3 , N D 1015 cm3
Si : VD 0.7V, Ge : VD 0.3V
11
2 i
x xp n( x) n( x p ) exp L n
umax
2 i

qV qV n exp kT 1 2 ni exp 2k T 1 0 0
qV k0T V exp 1 q k0T
umax qV ni exp 2 2 k T o
39
假设:
u( x) umax
J r x qumax dx
p
xn
J JD Jr
qV qni X D Jr exp 2 2 k T 0
qV J D J 0 exp kT 0