《电子电路》课件：PN结形成原理.ppt

1、图1.1 硅和锗的原子结构和共价键结构 图1.4 N型半导体的共价键结构 图1.5 P型半导体共价键结构 图1.6 P型和N型半导体交界处载流子的扩散 图1.7 PN结的形成 空间电荷区空间电荷区 PN结中的扩散和漂移是相互联系，又是相互矛盾的结中的扩散和漂移是相互联系，又是相互矛盾的。在一定条。在一定条件（例如温度一定）下，多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数载件（例如温度一定）下，多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数载流子的漂移运动则逐渐增强，最后两者达到动态平衡，空间电荷区的流子的漂移运动则逐渐增强，最后两者达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定下来，宽度基本稳定下来，PN结就处于相对稳

2、定的状态。结就处于相对稳定的状态。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 根据扩散原理，空穴要从浓度高的根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区向区向N区扩散，自由电子要从浓度区扩散，自由电子要从浓度高的高的N区向区向P区扩散，并在交界面发生复合区扩散，并在交界面发生复合(耗尽），形成载流子极少的正耗尽），形成载流子极少的正负空间电荷区（如上图所示），也就是负空间电荷区（如上图所示），也就是，又叫，又叫。 P区N区空间电荷区空间电荷区少子少子漂移漂移 扩散与漂移达到动态平衡扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的形成一定宽度的PN结结 P 区 N 区 载流子的扩

3、散运动 多子多子扩散扩散 形成空间电荷区形成空间电荷区产生内电场产生内电场 P 区 空间电荷区 N 区 PN 结及其内电场 内电场方向 扩散运动和漂移运动相互联系又相互矛盾，扩散运动和漂移运动相互联系又相互矛盾，同时，同时对多数载流子的继续扩散阻对多数载流子的继续扩散阻力增大力增大，但，但使少数载流子漂移增强使少数载流子漂移增强；，又，又促使多子的扩散容易进行促使多子的扩散容易进行。继续讨论继续讨论 当漂移运动达到和扩散运动相等时，当漂移运动达到和扩散运动相等时，PN结便处于结便处于状状态。可以想象，在平衡状态下，电子从态。可以想象，在平衡状态下，电子从N区到区到P区扩散电流必然区扩散电流必然

4、等于从等于从P区到区到N区的漂移电流，同样，空穴的扩散电流和漂移电区的漂移电流，同样，空穴的扩散电流和漂移电流也必然相等。即流也必然相等。即。 由于空间电荷区内，多数载流子或已扩散到对方，或被对方扩由于空间电荷区内，多数载流子或已扩散到对方，或被对方扩散过来的多数载流子复合掉了，即多数载流子被耗尽了，所以空间散过来的多数载流子复合掉了，即多数载流子被耗尽了，所以空间电荷区又称为电荷区又称为。扩散作用越强，。扩散作用越强，耗尽层越宽。耗尽层越宽。图1.8 PN结外加正向电压 图1.9 PN结外加反向电压 导通导通后二极管的正向压降变化不大，硅管约为后二极管的正向压降变化不大，硅管约为0.60.8

5、V，锗管约为，锗管约为0.20.3V。图1.13 二极管的伏安特性曲线 图1.20 稳压二极管的伏安特性和符号 图1.23 发光二极管的外形和符号 -0.00200.010.020.030.040.050.0020.00050.501.001.552.082.6000.0050.511.021.582.122.65比比大数十至数百倍，因而大数十至数百倍，因而虽然很小，虽然很小，但对但对有控制作用，有控制作用，随随的改变而改变，的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明较大的变化，表明基极电流对集电极电流具基极电流对集电极电流具有小

6、量控制大量的作用，有小量控制大量的作用，这就是三极管的这就是三极管的。死区电压死区电压 1V，原因是，原因是b、e间加正向电压。这时集电间加正向电压。这时集电极的电位比基极高，集电结为反向偏置，发射区极的电位比基极高，集电结为反向偏置，发射区注入基区的电子绝大部分扩散到集电结，只有一注入基区的电子绝大部分扩散到集电结，只有一小部分与基区中的空穴复合，形成小部分与基区中的空穴复合，形成IB。 与与 =0V时相比时相比 ，在，在UBE相同的条件下，相同的条件下，IB要小的多。从图中可以看出，导通电压约为要小的多。从图中可以看出，导通电压约为0.5V。严格地说，当。严格地说，当逐渐增加逐渐增加 时，

7、时，IB逐渐减逐渐减小，曲线逐渐向右移。这是因为小，曲线逐渐向右移。这是因为增加时，集增加时，集电结的耗尽层变宽，减小了基区的有效宽度，不电结的耗尽层变宽，减小了基区的有效宽度，不利于空穴的复合，所以利于空穴的复合，所以IB减小。不过减小。不过UCE超过超过1V以后再增加，以后再增加，IC增加很少，因为增加很少，因为IB的变化量的变化量也很小，通常可以忽略也很小，通常可以忽略变化对变化对IB的影响，认的影响，认为为 =1V时的时的 曲线都重合在一起。曲线都重合在一起。(发射结反向偏置，集电结反向偏置发射结反向偏置，集电结反向偏置 )(发射极正向偏置，集电结反向偏置发射极正向偏置，集电结反向偏置

8、)发射结正向偏置，集电结正向偏置发射结正向偏置，集电结正向偏置)图1.35 判别三极管c、e电极的原理图 学习与探讨学习与探讨 晶体管的发射极和集电极是晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的。因为发射区的不能互换使用的。因为发射区的掺杂质浓度很高，集电区的掺杂掺杂质浓度很高，集电区的掺杂质浓度较低，这样才使得发射极质浓度较低，这样才使得发射极电流等于基极电流和集电极电流电流等于基极电流和集电极电流之和，如果互换作用显然不行。之和，如果互换作用显然不行。晶体管的发射极晶体管的发射极和集电极能否互和集电极能否互换使用？为什么换使用？为什么? 晶体管在输出特性曲线的饱晶体管在输出特性曲线的饱和区工作

9、时，和区工作时，UCEUBE，集电结，集电结也处于正偏，这时内电场大大削也处于正偏，这时内电场大大削弱，这种情况下极不利于集电区弱，这种情况下极不利于集电区收集从发射区到达基区的电子，收集从发射区到达基区的电子，因此在相同的基极电流因此在相同的基极电流IB时，集时，集电极电流电极电流IC比放大状态下要小很比放大状态下要小很多，可见饱和区下的电流放大倍多，可见饱和区下的电流放大倍数不再等于数不再等于。晶体管在输出特性曲线的晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放饱和区工作时，其电流放大系数是否也等于大系数是否也等于？ N型半导体中具有多数载型半导体中具有多数载流子电子，同时还有与电流子电子，同时还有与电子数量相同的正离子及由子数量相同的正离子及由本征激发的电子本征激发的电子空穴对空穴对，因此整块半导体中正负，因此整块半导体中正负电荷数量相等，呈电中性电荷数量相等，呈电中性而不带电。而不带电。为什么晶体管基区掺杂为什么晶体管基区掺杂质浓度小？而且还要做质浓度小？而且还要做得很薄？得很薄？