1、回顾前面:
半导体材料
本征半导体:完全纯净、晶格完整的半导体。
杂质半导体: (微量)
N型半导体:在本征半导体中加入五价元素(P),在保持晶体结构不变的情况下,电子是多子。
P型半导体:在本征半导体中加入三价元素(B),在保持晶体结构不变的情况下,空穴是多子。
结论:加入P不是P,而是N。
2、PN结的形成原理和过程
2.1知识铺垫:
扩散运动:指电子和空穴从浓度高的地方向浓度低的地方运动。
漂移运动:半导体中的少数载流子在电场力的作用下的运动。
2.2 PN结的形成
刚开始扩散运动使电子与空穴复合,那么在P区与N区的交界面处留下不能移动带正电和带负电的离子的区域,如图的中间深色区域,称为空 间电荷区,这就是PN结,在空间电荷区中不再存在载流子,只有不能移动的带电离子形成电场的效果,称作PN结的自建电场,图示方向由N区指向P区。
刚开始时,扩散运动强于漂移运动,使空间电荷区不断加宽,内电场也随之增强,这又使漂移运动增强,空间电荷区变窄,最后当两种运动达到动态平衡时,内电场保持稳定,便形成了PN结。
结论:动态平衡
3、PN结的单向导电性
PN结是构成多种半导体器件的基础,那么半导体器件接在电路中,作为元器件,两边就有电位差,就相当于在PN结两端加电压,那就只有两种可能性,左正右负或左负右正。
3.1 PN结正向导通(P指向 N)
P区加正电压,N区加负电压,如图示,则产生的外电场与内电场方向相反,削弱了内电场的作用,促使扩散运动增强,电流增大;同时空间电荷区中一部分正负离子被扩散进来的电子和空穴中和,空间电荷量减少,结果使空间电荷区变薄;外电源源源不断地提供多子通过PN结,从而形成了比较大的通过PN结的正向导通电流,那么正向导通电阻较小。
3.2 PN结反向截止(N指向 P)
P区加负电压,N区加正电压,如图示,则产生的外电场与内电场方向相同,加强了内电场的作用,促使扩散运动非常微弱,电流为零;同时空间电荷区中的正负离子增多,拉大了空间电荷区的区域,结果使空间电荷区变厚;在加大了的电场力作用下,扩散电流为零,那么少子的漂移电流就表现了出来,只是少子的量少,所以形成的电流很小,而且方向与前面正偏时相反,称反方向小电流。相对于PN结正向导通而言,称作PN结反向截止。
结论:PN结加正向偏置电压就导通,加反向偏置电压就截止,具有单向导电性的特点。
4、引入二极管
PN结是构成多种半导体器件的基础,联想原来学过的具有单向导电性的物理器
件二极管,引入了下次课的内容。
5、总结、布置作业
5.1 本次课学习了PN结的形成
即: 浓度差
多子的扩散运动
空间电荷区
少子的漂移运动
阻碍了多子的扩散运动
稳定的自建电场 动态平衡
增强了少子的漂移运动
5.2 PN结的单向导电特性
PN结加正向偏置电压(压降为P 指向N)就导通,
PN结加反向偏置电压(压降为N指向P)就截止,
故,PN结具有单向导电性的特点。