關(guān)于PN結(jié)以及PN結(jié)的簡單特性分享-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-09-17
半導(dǎo)體（semiconductor）從語義上理解就是電導(dǎo)率介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。
我們之所以去特別關(guān)注這種物質(zhì)，是因?yàn)樵趽诫s微量（約萬分之一）的雜質(zhì)后就可以顯著改變它的導(dǎo)電性能。利用這個性質(zhì)我們可以方便地得到各種電導(dǎo)率的物質(zhì)。
那么什么是半導(dǎo)體呢？價(jià)電子少的元素，大多是金屬，導(dǎo)電性能優(yōu)良；價(jià)電子多的元素大多組成非金屬，接近絕緣體。在兩者間4價(jià)元素（如硅元素）導(dǎo)電性能也介于兩者之間。
載流子（carrier）：意即電流的載體，其自由運(yùn)動等效于電流。僅當(dāng)物質(zhì)內(nèi)部存在有載流子時，物質(zhì)才能導(dǎo)電。導(dǎo)電性能取決于載流子的數(shù)目和運(yùn)動速度。（不難從電流的定義得知）
本征半導(dǎo)體
本征半導(dǎo)體（Intrinsic semiconductor）或稱無雜質(zhì)半導(dǎo)體、本質(zhì)半導(dǎo)體、純半導(dǎo)體、I型半導(dǎo)體，是指未摻入雜質(zhì)且無晶格缺陷的的半導(dǎo)體。
其有如下特性：
①在熱力學(xué)溫度0K時，排除光照與電磁場等外界影響，價(jià)電子被共價(jià)鍵束縛，不能成為自由電子。此時本征半導(dǎo)體無載流子，相當(dāng)于絕緣體。
②其他溫度下，由于熱激發(fā)，一些價(jià)電子會獲得足夠的能量成為自由電子（應(yīng)滿足玻爾茲曼分布），這時共價(jià)鍵上會留下一個空位，我們稱其為空穴（positive hole）。此時的本征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電性。
空穴也是一種載流子，我們從硅單晶的角度去理解：當(dāng)組成共價(jià)鍵的一個電子脫離束縛，相鄰共價(jià)電子對中的價(jià)電子有可能（有多大呢？）會離開它原來所在的共價(jià)鍵，來填補(bǔ)這個空穴。
以此類推，整體上就表現(xiàn)出空穴的移動。我們可以把空穴看作一種與電子等電量，帶正電的粒子。
在外加電場的作用下，相鄰價(jià)電子會更容易去填補(bǔ)空穴。整體上表現(xiàn)出的就是空穴沿電場方向運(yùn)動，這也符合正電粒子在電場中的運(yùn)動。
本質(zhì)上空穴的運(yùn)動還是價(jià)電子運(yùn)動的效果，由于兩者異號運(yùn)動方向又反向，所以電流效果是一致的。
因此本征半導(dǎo)體的載流子有兩種——自由電子與空穴。
在本征半導(dǎo)體中，受激產(chǎn)生一個自由電子時，必然相伴產(chǎn)生一個空穴，電子與空穴總是成對出現(xiàn)的。這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。
自由電子運(yùn)動中碰到空穴，兩者抵消重新變?yōu)楣矁r(jià)鍵的電子，這個過程為前者的反過程，稱為復(fù)合。在
一定的溫度下，最終這兩個過程的效果會趨于動態(tài)平衡，使得載流子濃度為定值。那么在不同的溫度下呢？以硅單晶為例，室溫附近每升高8度，硅的載流子濃度增加一倍。
倘若兩者濃度不等，我們稱濃度大對應(yīng)的為多子，另一個為少子。
雜質(zhì)半導(dǎo)體
①N型半導(dǎo)體
在本征硅中摻入微量的5價(jià)元素磷，多余出的一個電子不受共價(jià)鍵束縛，不難想見這會導(dǎo)致自由電子的濃度更大。（只需大于磷原子的本就較低的電離能，室溫即可滿足）稱這類原子為施主雜質(zhì)，也稱N型雜質(zhì)。
②P型半導(dǎo)體
在本征硅中摻入微量的3價(jià)元素硼，這會導(dǎo)致相較于本征半導(dǎo)體缺少一個成鍵電子（硼原子的電離能也很小，室溫即可滿足），即多出一個空穴。稱這類原子為受主雜質(zhì)，也稱P型雜質(zhì)。
在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，少子濃度遠(yuǎn)小于多子濃度。多子濃度基本等于雜質(zhì)濃度。雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性能影響很大，摻入0.01%的雜質(zhì)，會使載流子濃度增加約10000倍。
從產(chǎn)生機(jī)理來看，不難得知少子濃度受溫度影響較大，多子濃度幾乎不受溫度影響。
而當(dāng)我們把P型雜質(zhì)N型雜質(zhì)同時混入，兩者會起到一定的中和作用，哪一個占主導(dǎo)就要看相對含量多少了。
在一個本征半導(dǎo)體上，我們一邊摻入P型雜質(zhì)，另一邊摻入N型雜質(zhì)。在兩者交界面附近，便會形成一個PN結(jié)。值得指出的是，把一塊N型半導(dǎo)體與一塊P型半導(dǎo)體放在一起并不能形成PN結(jié)。因?yàn)槠浣唤缑嫔喜⒉皇峭暾膯尉w。
對于一個PN結(jié)，其附近會發(fā)生自由電子和空穴的擴(kuò)散。N區(qū)的自由電子擴(kuò)散到P區(qū)同空穴相抵后仍有一定數(shù)量，使得邊界P側(cè)的離子帶負(fù)電。
同理，N區(qū)側(cè)的離子將帶正電。所謂的PN結(jié)就是交界面附近形成的這樣一個空間電荷區(qū)。最終其中會達(dá)到平衡，剩下的全是不能移動、數(shù)目相等的正負(fù)離子，而載流子因擴(kuò)散和復(fù)合而消耗殆盡。故其又稱耗盡層。
這種擴(kuò)散可以一直進(jìn)行下去直至兩邊全形成PN結(jié)嗎？答案是不能，由于PN結(jié)內(nèi)擴(kuò)散的結(jié)果，形成的內(nèi)電場對載流子的作用同載流子的擴(kuò)散方向是反向的。
載流子在內(nèi)電場的作用下產(chǎn)生漂移運(yùn)動。擴(kuò)散運(yùn)動使得空間電荷區(qū)增寬、內(nèi)電場增強(qiáng)，這反過來導(dǎo)致擴(kuò)散阻力的增大。于是兩者最終會達(dá)到一種動態(tài)平衡。
由于內(nèi)電場的作用，N區(qū)的電勢高于P區(qū)電勢，兩區(qū)之間存在電位差，N區(qū)電子擴(kuò)散到P區(qū)會損耗能量。因此，空間電荷區(qū)又稱勢壘區(qū)或阻擋層。
外加電壓對PN結(jié)影響
①外加正向電壓
所謂正向就是正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)。稱為正向偏壓。這種情況下使耗盡層變窄，更利于擴(kuò)散運(yùn)動，當(dāng)外加電壓大于內(nèi)電壓時，將打破結(jié)的平衡，產(chǎn)生由N流向P的擴(kuò)散電流。我們稱之為正向電流。
②外加反向電壓
我們將①中的情形全都反過來即可。所以說會存在反向電流？
nope.
因?yàn)檫@時外加電壓使耗盡區(qū)增寬，而PN結(jié)內(nèi)又是一個穩(wěn)定的動態(tài)平衡結(jié)構(gòu)。因此理論上反向電流是不可能通過的。
PN結(jié)的這種單向?qū)щ娦圆幻庾屛覀兿氲揭环N元件-二極管
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