PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电 情况
图01.07 PN结加正向电压 时的导电情况
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。
内电场
P
++ N
++
++
P
++ N
++
++
因 浓 度 差
多子产 生扩散 运动
(PN)
形成空 间电荷
区 (NP)
形成内 电场
(NP)
动态 平衡
动画1-3 PN节的形成
阻止多 子扩散
促使少子漂移
（ NP）
２ PN结的特性——单向导电性
当外加电压时，PN结就会显示单向导电性
规定：P区接电源正，N区接电源负为PN结加正向电压 N区接电源正，P区接电源负为PN结加反向电压
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1.1 半导体基础知识 1.2半导体二极管 1.3 双极型三极管
1.4 场效应管
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1.1 半导体基础知识
1.1.1 半导体的导电特性 1.1.2 半导体的种类及其内部结构 1.1.3 PN结
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返回 1.1.1 半导体的导电特性
1、热敏性：半导体受热时，其导电能力增强。利用
这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成 热电传感器
一些典型的数据如下:
T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
n= 5×1016/cm3
本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3
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1 PN结的形成
1.1.3 PN结
在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质, 分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型 半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
Si
B
Si
Si
Si
Si
热激发产生 的空穴
掺杂磷产生的 空穴
Si
B
Si
Si
Si
Si
•掺杂硼产生的空穴数>>热激发产生的空穴数
•P型半导体中空穴数>>自由电子数
•自由电子为P型半导体的少数载流子，空穴为P型半导 体的多数载流子
P型半导体简化图
Si
B
Si
Si
Si
Si
4 杂质对半导体导电性的影响
掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。
共价键结构— 每个价电子为 两个相邻原子 核所共有。
SiLeabharlann SiSiSi
Si
Si
本征激发——价电子获得一定的能
量后挣脱共价键的束缚成为自由电子的现 象叫本征激发。
空穴:留下的空位
Si
Si
Si
Si
Si
Si
本征半导体的特点 自由电子数=空穴数 自由电子和空穴统称为载流子
自由电子——当 温度升高时，一 些价电子获得一 定的能量后，挣 脱共价键的束缚， 成为自由电子。
2、光敏性：半导体光照时，其导电能力增强。利用
这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光 敏元件。
3、掺杂特性：在纯净的半导体材料中，掺杂微量
杂质，其导电能力大大增强。（可增加几十万至几 百万倍）
1.1.2 半导体的种类及其内部结构： 1. 种类
半导体
本征半导体 杂质半导体
P型半导体(空穴型） N型半导体（电子型）
单向导电性：PN结加正向电压时，导通。
PN结加反向电压时，截止。
P
++ N
++
++
(1)PN结加正向电压时的导电情况 动画1-4 PN结
PN结加正向电压时
正偏
，外加的正向电压有一
部分降落在PN结区，方
内电场
向与PN结内电场方向相
反，削弱了内电场。于
是,内电场对多子扩散运
动的阻碍减弱，扩散电 流加大。扩散电流远大
他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。
本征半导体中电流的大小取决 于自由电子和空穴的数量，数量 越多，电流越大。即本征半导体 的导电能力与载流子的数量有关， 而当光照和加热时，载流子的数 量都会增加，这就说明了光敏性 和热敏性。
动画1-1本征半导体中的自由电子和空穴
动画1-2空穴的运动
3 杂质半导体：
常用半导体材料硅和锗的原子结构
价电子：最外层的电子受原子核的束缚最 小，最为活跃，故称之为价电子。 最外层有几个价电子就叫几价元素， 半导体材料硅和锗都是四价元素。
Si+14 2 8 4
Ge+32 2 8 18 4
2. 半导体的内部结构及导电方式：
l 内部结构：
本征半导体——对半导体提纯，使之成为单 晶体结构。这种纯净的晶体叫本征半导体。 晶体管就是由此而来的。
外电场
于漂移电流，可忽略漂
移电流的影响，PN结呈
现低阻性。其理想模型
：开关闭合
(2) PN结加反向电压时的导电情况 PN结加反向电压时
动画1-5 PN结反偏
外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与
PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子
扩散运动的阻碍增强， 扩散电流大大减小。此时
内电场
N型半导体（电子型半导体）
——在本征半导体中掺入五价杂质元素， 例如磷，可形成 N型半导体,也称电子 型半导体。
因五价杂质原子中四 个价电子与周围四个 半导体原子中的价电 子形成共价键，多余 的一个价电子因无共 价键束缚而很容易形 成自由电子。
热激发产生 的自由电子
掺杂磷产生 的自由电子
Si
SPi
共价健中的价 电子在外电场
l 导电方式
的力的作用下
在半导体上加电场时
挣脱共价键的
束缚，沿与外 电场方向相反
空穴电流
电子电流
方向填补空穴，
外电场
就好像空穴沿
与外电场方向
Si
Si
Si
相同的方向作
定向运动，形
Si
Si
Si
成电流，这个
电流称为空穴
电流。 所以， 本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，
Si
Si
Si
Si
•掺杂磷产生的自由电子数 〉〉热激发产生的自由电子数
•N型半导体中自由电子数 〉〉空穴数
•自由电子为 N型半导体的多数载流子（简称多子）， 空穴为N型半导体的少数载流子（简称少子）
N型半导体简化图
多 子
Si
P
Si
Si
Si
Si
空
间
电
荷
l P型半导体：
往本征半导体中掺杂三价杂质硼形成的杂质半导体, P 型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电 子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电 子，使杂质原子成为负离子。因而也称为受主杂质。
PN结区的少子在内电场的
作用下形成的漂移电流大
于扩散电流，可忽略扩散 电流，由于漂移电流是少子
外电场
形成的电流，故反向电流
非常小，PN结呈现高阻性。
在一定的温度条件下，由本征激发决定的 少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流 是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无 关，这个电流也称为反向饱和电流。