半导体的PN结及其基本特性

不多说，首先半导体分为两种

半导体中，由于两个相邻原子公用一对电子，形成共价键。由于无规则运动，偶尔有电子离开共价键，此时共价键空了个电子的位置出来，成为空穴，带正电荷。 常用的半导体分为以下两种

本征半导体参入五价元素 由于掺入了五价元素，自由电子就多了。于是自由电子浓度大于空穴浓度，整体带负电（Negative），称为N型半导体。 由于提供自由电子，称为施主杂质。

本征半导体参入三价元素，空穴浓度大于自由电子浓度，整体带正点（Positive），称为型为P型半导体 由于提供空穴，称为受主杂质 我们先来分析半导体半导特性的原因

我们将P型半导体和N型半导体合在一起，由于扩散作用，N区的电子和P区的空穴互相扩散，导致N区剩下带正电的离子，P区剩下带负电的离子。 其实可以这样理解，会动的只有N区五价原子的外层电子，共价键没位子给他们，所以他们就扩散，跑到对面去了，于是N区就带正点；在P区，本来三价原子核与外层三价电子，正好缺一个形成共价键，然后对面跑来了一个电子，跑进共价键就不想走了，所以就变成负电了。 于是，这扩散的结果就是形成电场，电场方向由N指向P，称这个内电场为自建场。 这个自建场和扩散方向恰好相反，于是在扩散的同时，一部分电子会因为自建场又回到N区。直到两者达到动态平衡。，这个区域就是PN结。 PN结电流为0，是一个缺少载流子的高阻区，称为阻挡层或耗尽层。 二极管的单向导电特性，就是由PN结外加电压不同而形成的，定义P端接正，N端接负为正向接法（和自建场方向相反）

P接正，N接负为正向接法（正向偏置）。由于正向电压和自建场方向相反，削弱自建场，对扩散的阻挡作用减弱，形成与扩散同方向的正向电流：电源正极->P区->N区->电源负极

N接正，P接负为反向接法（反向偏置）。与自建场方向相同，增强自建场，阻挡层变宽，难以扩散。仅有少部分载流子因为自建场，从N到P，形成微弱电流，即反向电流。在某一范围内，载流子数量有限，即使增大反向电压，反向电流也不会增加，称为反向饱和电流。

话不多说，先上图

反向电压过大的时候（达到反向击穿区），即使在共价键中的电子也顶不住了，离开共价键。途中撞击原子，打出更多电子、空穴对，产生更多载流子，从而加大反向电流。（核裂变？）

当PN接两边掺入高浓度杂质，阻挡层变小，即使较小反向电压，由于较弱的阻挡作用，也能形成较强电场，带出共价键中的电子，导致载流子增加，发生击穿。

由于外加的电压会影响到阻挡层宽度，可将阻挡层等效为储存电荷的电容，导致PN结存在电容效应

外加反向电压时，阻挡层随电压变化而变化，其电荷量随之变化，这与电容充电、放电类似 其等效的电容称为势垒电容，非线性，与结面积、阻挡层宽度、半导介质常数、外加电压有关。

加正向电压时，扩散作用加强。在阻挡层与P区、N区的交界处，载流子数量较多（扩散到交界处就停了不扩散了），远离交界处的地方数量少，形成浓度梯度。于是在N区与P区分别形成扩散电流。 当电压加大时，浓度梯度增加，扩散电流增加；电压减小则相反。电压变化导致电流改变，从而导致电荷的积累与释放，与电容的充电、放电类似