pn结的特性研究

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1、PN结的特性研究摘要：形成叮结的最普遍方法是杂质扩散。PN结内部由于交界面处存在载流子浓度的差异，导致电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。扩散形成内建电场从而阻止扩散使PN结内部载流子运动达到动态平衡。PN结在未加外加电压时，扩散运动与漂移运动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。PN结在正偏电压情况下，势垒高度减少，使空穴和电子更容易穿越耗尽层从而形成电流。而当PN结上加的反向电压时，势垒高度增加，阻碍了载流子向对方扩散，因此，通过PN结的电流非常小，结的阻抗很高。所以PN结具有单向导电性，又称整流特性。但是当反向偏压增大到一定数值时，反向电流突然剧增，这种现象称为PN结的反向击穿

2、。反向击穿可分为雪崩击穿和齐纳击穿两类。PN结是许多微电子和光电子器件的核心部分。这些半导体器件的电学特性及光电特性由PN结的性质所决定，而这些器件在辐射环境下将出现辐射损伤导致性能退化，其根本原因是辐射在PN结内引入缺陷。PN结电压随温度变化十分灵敏，电压随温度线性的减少。这一特性被用來精确测温和控温。关键字：PN结、少数载流子、电容效应、辐射效应、温度特性、击穿特性1引言在一块本征半导体中，掺以不同的杂质，使其一边成为P型，另一边成为N型，在P区和N区的交界面处就形成了一个PN结。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

3、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止离子。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。在这个区域内，多数载流子或己扩散到对方，或被对方扩散过来的多数载流子（到了本区域后即成为少数载流子了）复合掉了，即多数载流子被消耗尽了，所以乂称此区域为耗尽层，它的电阻率很高，为高电阻区。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

4、散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场⑴。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。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，交界而形成稳定的空间电荷区，即PN结处于动态平衡。PN结的宽度一般为0.5umoPN结在未加外加电压时，扩散运动与漂移运动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。2少数载流子的注入与输运

5、在止偏压下，外加电压降低了PN结空间电荷区的势垒。势垒的降低加强了电子从N侧向P侧的扩散以及空穴从P侧向N侧的扩散。换句话说，电子由N区注入到P区，而空穴tlP区注入到N区。由于注入N(P)区的空穴(电子)对于N(P)区来说是少数载流子，所以这种现象称为少数载流子的注入。现在考虑伴随空穴的注入，在电中性的N侧载流子的行为。由于有注入的过量空穴的正电荷存在，在注入空穴存在的区域将建立起一个电场。此电场将吸引过量电子以中和注入的空穴。过量电子的分布与注入的过量空穴的分布相同。过量电子的岀现抵消了由注入空穴所引起的电场，使电中性得以恢复。根据以上分析可以认为，在注入载流子的区域不存在电场広。结果如图

6、1所示，可能有很高的过量载流子浓度而无显著的空间电荷效应。考虑到这种物理图像，可以推断，在正偏压PN结中注入的少数载流子是决定的因素。多数载流子处于被动地位，他们的功能只限于屮和注入的少数载流子所引起的电场。可以忽略多数载流子的影响，在注入载流子存在的区域，假设空间电荷的电中性条件完全得到满足。于是少数载流子将通过扩散运动在电中性区中输运，这种近似称为扩散近似。图1注入PN结N侧的空穴及其所造成的电子分布令电场为0得到空穴连续性方程为叽_n^PnPn-Pno空穴电流为(1-1)(1-2)通过选择适当的边界条件解方程（1-1）和（1-2）便可得到注入的空穴分布和空穴电流的大小。3PN结的击穿特性

7、当PN结上加的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然剧增，这种现象称为PN结的反向击穿。PN结出现击穿口寸的反向电压称为反向击穿电压，用Vb表示。反向击穿可分为雪崩击穿和齐纳击穿两类。（1）雪崩击穿当反向电压较高时，结内电场很强，使得在结内作漂移运动的少数载流子获得很大的动能。当它与结内原子发生直接碰撞时，将原子电离，产生新的〃电子—空穴对〃。这些新的〃电子一空穴对〃，又被强电场加速再去碰撞其它原