【电工学】第5章-常用电子元器件-5.1PN结的形成

2024-03-30 21:23:15

摘要：P型半导体和N半导体接触面区域，少子扩散运动和多子扩散运动达到平衡的区域就是PN节，PN节具有单项导电的作用。

正文：

1、半导体具有热敏、光敏、掺杂特性；

2、杂质半导体的导电特性优于本征半导体；

3、半导体导电由*电子和空穴共同完成；

4、PN结形成的过程及内部载流子的运动过程

（第1讲 PN结的形成）

1.1 半导体及其特点

1、物质按导电能力分类：

1.2半导体的特性

1、半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质

2、半导体的特性：（1）热敏、（2）光敏、（3）掺杂特性

3、常用于制造半导体的材料有：（1）硅（Si）、（2）锗（Ge）、（3）砷化镓（GaAs）

1.3半导体的种类：本征半导体、杂质半导体

1、本征半导体：完全纯净的半导体

（1）常见的有：硅（Si）、锗（Ge）

本征半导体

硅、锗原子结构（四价简化模型）

（2）本征半导体的原子结构排列

本征半导体的原子结构排列

（3）本征激发

半导体内存在两种电流：

*电子做定向运动形成的电子电流，即电子导电；

价电子递补空穴形成的空穴电流，即空穴导电；

这是半导体导电的最大特点，也是半导体导电与金属导电在原理上的本质区别。

半导体导电的两种方式

2、杂质半导体：在本征半导体中掺杂其他的微量元素

（1）掺入五价元素，如磷（P），掺杂后，半导体中*电子的数目大量增加，*电子导电成为此种半导体的主要导电方式，一般称为电子型半导体，或N型半导体。

电子型半导体，或N型半导

（2）掺入三价元素，如硼（B），掺杂后，半导体中空穴的数目大量增加，空穴导电成为此种半导体的主要导电方式，一般称为空穴半导体，或P型半导体。

空穴半导体，或P型半导体

1.4 PN结的形成

1、当把P型半导体和N型半导体直接、紧密的结合在一起之后，P型半导体和N型半导体的多数载流子和少数载流子都会发生运动。

首先，由于P型半导体和N型半导体中的*电子与空穴的浓度不同，载流子会从浓度较高的地方向浓度较低的地方运动，因此在两种半导体的结合部，P区内高浓度的空穴越过了结合部向N区扩散，去与N区的*电子附和；同理N区内的高浓度*电子越过结合部，向P区扩散，与P区空穴附和。这种多数载流子因浓度的差异而产生的运动，称为多子的扩散运动。

这种运动产生了两个结果，第一，由于N区失去了电子，而P区又失去了空穴，所以N区带正点，P区带负电，因此会在结合部形成一个空间电荷区，我们称这个空间电荷区为PN结。第二，在空间电荷区内，即在PN结上，形成了一个内电场 $E$ ，内电场的方向是由N区指向P区，其次，随着扩散运动的进行，空间电荷区会逐渐边宽（假设扩大到虚线处），内电场 $E$ 也变得越来越强，内电场对多数载流子的扩散运动将起到阻碍的作用。但对少数载流子来说，在内电场的作用下，P区中的少数载流子（即*电子）非常容易渡过空间电荷区进入N区，而N区中的少数载流子（即空穴）也非常容易渡过空间电荷区进入P区，这种少数载流子在内电场作用下的运动，称为少子漂移运动。