PN结

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一、本征半导体

1.本征半导体：

半导体：硅(Si)、锗(Ge)均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间

本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体

2.本征半导体载流子浓度

本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象。

复合：自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失的现象。

二、杂质半导体

1.N型半导体

纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体（N为Negitive的字头，由于电子带负电，故得此名）。由于杂质原子最外层电子有5个，所以除了与周围其他硅原子形成共价键外，还多出一个电子。在常温下，由于热激发就可以形成自由电子。

在N型半导体中，自由电子浓度大于空穴浓度，故称自由电子为多数载流子；空穴为少数载流子；由于杂质原子可以提供电子，故称施主原子。

2.P型半导体

纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体（P为Positive的字头，由于空穴带正电，故得此名）。由于杂质原子可以吸收电子，故称受主原子。

3.温度对多子与少子的影响

多子主要是掺杂产生的；少子是本征激发产生的。所以多子的浓度约等于所掺杂的杂质原子的浓度，因而受温度的影响小；而少子是本征激发产生的，温度对本征激发影响很大，所以尽管少子浓度很低，却对温度非常敏感。

三、PN结

1.PN结形成

当把P型半导体和N型半导体制作在一起，它们的结交面，由于两种载流子的浓度差异很大，会产生扩散运动，所以P区的空穴必然向N区扩散；N区的电子向P区扩散。

由于扩散到P区的电子会与空穴复合，而扩散到N区的空穴会与电子复合，所以它们交界面附近多子的浓度会下降。P区出现负离子区，N区出现正离子区，由于它们是不能移动的，被称为空间电荷区，从而形成内电场。

当空间电荷区形成后，在内电场的作用下，少子产生漂移运动，空穴从N区向P区运动；自由电子从P区向N区运动。当参与扩散的多子与参与漂移运动的少子数量相等时，达到动态平衡，形成PN结。

【浓度差使多子从N区向P区扩散，内电场使少子从P区向N区漂(空穴从N区向P区运动；自由电子从P区向N区运动），从而达到动态平衡】

2.PN结的单向导电性

正向导通：当电源正极接到PN结的P端，电源负极接到PN结的N端，称PN结加正向电压或PN结正向偏置。此时外电场将多子推向空间电荷区，使其变窄，削弱内电场作用，破坏原来的动态平衡，使扩散运动加剧，漂移运动减弱。

Si导通电压：0.2-0.3V

Ge导通电压：0.6-0.7V

反向截止：当电源正极接到PN结的N端，电源负极接到PN结的P端，称PN结加反向电压或PN结反向偏置。此时外电场使空间电荷区变宽，加强了内电场，阻止扩散运动的进行，加剧了漂移运动的进行，从而形成反向电流，也称漂移电流，由于少子数量极少，所以反向电流也非常小。一般认为PN结加反向电压时，处于截止状态。

3.PN结的电流方程

常温下，即T=300k时，Ut≈26mV

Is:反向饱和电流

4.PN结的伏安特性

当PN结加正向电压时：

当PN结加反向电压时：I≈Is

齐纳击穿：在高掺杂的情况下，因耗尽层宽度很窄，不大的反向电压就可以在耗尽层形成很强的电场，从而破坏共价键，产生电子-空穴对，致使电流急剧增大。

雪崩击穿：当反向电压增加到很大时，耗尽层的电场使少子加快漂移速度，从而与共价中的电子相碰撞，把电子撞出共价键，从而产生电子-空穴对。新产生的电子与空穴经电场加速后又撞出其它的电子，载流子雪崩使得倍增，使电流急剧增大。

5.PN结的电容效应

势垒电容：

PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。

扩散电容：

PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。