PN结工作原理幻灯片.ppt

* * 一.P-N结合 (1) (2) 但若将数片P或N型半导体加以适当的组合，则会产生各种不同的物理特性，而使半导体零件的功能更多彩多姿。今天我们要先看看把一块P型半导体与N型半导体结合起来的情况。 PN结工作原理 P型 N型 (3) 当一块P型半导体与N型半导体结合起来时（P型掺杂硼是受主、N型掺杂磷是施主），如下图所示，由于P型半导体中有很多的电洞，而N型半导体中有许多电子，所以当P-N结合起来时，结合面附近的电子会填入电洞中，P-N结合起来时，如下图a)所示。 或许你会以为N型半导体中的电子会不断的透过接合面与电洞结合，直到所有的电子或电洞 消失为止。事实上，靠近接合面的N型半导体失去了电子后就变成正离子，P型半导体失去了一些电洞后就变成负离子，如上图(b)所示。 PN结工作原理 此时正离子会排斥电洞，负离子会排斥电子，因而阻止了电子、电洞的继续结合，而产生平衡之状态。 (4) 在P-N接合面(P-Njunction)附近没有载体(电子或电洞)，只有离子之区域称为空乏区(depletioNregion) 。 (5) 空乏区的离子所产生的阻止电子、电洞通过接合面的力量，称为障碍电位(potential barrier) 。障碍电位视半导体的掺杂程度而定，一般而言，Ge 的P-N接合面约为0.2~0.3V，而Si 的P-N接合面约为0.6~0.7V。 二.正向偏压 (1) 若把电池的正端接P型半导体，而把负端接N型半导体，如下图 PN结工作原理 2) 若外加电源E 足够大而克服了障碍电位，则由于电池的正端具有吸引电子而排斥电洞的特性，电池的负端有吸引电洞而排斥电子之特性，因此N型半导体中的电子会越过P-N接合面而进入P 型半导体与电洞结合，同时，电洞也会通过接合面而进入N型半导体内与电子结合，造成很大的电流通过P-N接合面。 (3) 因为电池的负端不断的补充电子给N型半导体，电池的正端则不断的补充电洞给P型半导体，(实际上是电池的正端不断的吸出P型半导体中之电子，使P 型半导体中不断产生电洞) ，所以通过P-N接合面的电流将持续不断。 (4) P-N接合在加上正向偏压时，所通过之电流称为正向电流(IF) 。 PN结工作原理 三.反向偏压 (1) 现在如果我们把电池的正端接N而负端接P，则电子、电洞将受到E之吸引而远离接合面，空乏区增大，而不会有电子或电洞越过接合面产生接合，如下图所示，此种外加电压之方式称为反向偏压。 (2) 当P-N接合面被加上反向偏压时，理想的情形应该没有反向电流(Ir=0)才对，然而，由于温度的引响，热能在半导体中产生了少数的电子─电洞对，而于半导体中有少数载体存在。在P-N接合面被接上反向偏压时，N型半导体中的少数电洞和P 型半导体中的少数电子恰可以通过P-N接合面而结合，故实际的P-N接合再加上反向偏压时，会有一”极小”之电流存在。此电流称为漏电电流，在厂商的资料中多以Ir表之。 [注] ：在实际应用时多将Ir忽略,而不加以考虑。 PN结工作原理 *