PN结的形成及应用电路

PN结的形成及应用电路

1．ＰＮ结的形成

　　（1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在 载流子浓度的差异 ，这样电子和空穴都要 从浓度高的地方向浓度低的地方扩散 。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为 空间电荷 ，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的 ＰＮ结 。

　　　　　 图（1）浓度差使载流子发生扩散运动

　　（2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为 耗尽层 。

　　（3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为 内电场 。

　　　　　 图（2）内电场形成

　　（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是 内电场将阻碍多子的扩散 ，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方， 使空间电荷区变窄 。

　　（5）因此， 扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。
　　 当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即 ＰＮ结处于动态平衡 s。

2．ＰＮ结的单向导电性

　　（1） 外加正向电压 （正偏）
　　 在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电流。

　　（2） 外加反向电压 （反偏）
　　 在外电场作用下，多子将背离ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。 因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流 。
　　 当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为 反向饱和电流 。

3.二极管的基本应用电路

（1）限幅电路---利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成。
 

（2）箝位电路---将输出电压箝位在一定数值上。

 

注：黑色---输入信号，蓝色---输出信号，波形为用ＥＷＢ仿真结果。