PN结及其单向导电性

PN结的单向导电性及其分析作者：高俊杰来源：《电子技术与软件工程》2017年第12期摘要本文意在从本质上揭示PN结的导电机理，换种思路理解PN结的单向导电性。

找出规律在于化繁为简，本文若被认可也许能够建立起一种更为简单的PN结模型。

【关键词】微小的间隙接触电阻接触电动势单向导电1 前言提起PN结，大家都知道它具有正向导通、反向截止的特性，但PN结为何具有单向导电性呢？这个问题就复杂了，现在比较流行的是引入一个“空间电荷区”的概念来解释的，这就需要从PN结的构造说起。

2 PN结的单向导电性半导体具有掺杂性，P型和N型半导体就是利用在本征半导体也就是纯净的半导体中掺入不同价位的杂质元素而形成的。

P型也叫空穴型半导体，它是在硅、锗等4价元素中掺入3价的硼、铝等受主杂质，在其共价键结构中缺少1个电子而形成空穴（见图1）。

N型半导体则在硅、锗等4价元素中掺入5价的施主杂质磷、锑等，这时就会在共价键中多出一个电子而形成自由电子（见图2），因此半导体就具有了两种载流子——电子和空穴对。

在P型半导体中空穴是多子、电子是少子；N型半导体则相反，电子是多子、空穴是少子。

如果通过光刻和杂质扩散等方法就能将一块半导体分成P型半导体和N型半导体两部分，它们之间就是一个PN结。

它是构成半导体器件的基础，其实一个二极管就是一个PN 结。

那么PN结是怎么具有单向导电性的呢？通常的说法是在不加外电压时，这个PN结中P区的多子是空穴，N区的多子是电子（通常只考虑多子），因为浓度差，载流子必然向浓度低的方向扩散。

在扩散前，P区与N区的正负电荷是相等的，呈电中性。

当P区空穴向N区移动时，就在PN结边界处留下了不能移动的负离子，用带蓝圈的负电荷表示；当N区自由电子向P区移动时，就在PN结边界处留下了不能移动的正离子，用带红圈的正电荷表示，这样就在空间电荷区内产生了一个内建电场Upn，电场的方向是由N区指向P区的。

在扩散作用下随着Upn增大，载流子受到电场力Upn 的作用而做漂移运动，它的方向与扩散运动相反，最终使载流子扩散与漂移达到动态平衡，形成了空间电荷区，如图3所示。

创客教育中的电子基础（2）
——PN结及单身导电性
要掌握晶体管器件及其特性，我们需要了解P型半导体、N型半导体和PN结。

P型半导体：在纯净的硅（或锗）晶体中掺入三
价元素(如硼、铝)形成的,其空穴的浓度大于自由电子的浓度。

N型半导体：在纯净的硅（或锗）晶体中
掺入五价元素(如磷、镓)形成的,其自由电子的
浓度大于空穴的浓度。

PN结：将P型半导体和N型半导体“压”
在一起时，在它们的交界面上会自由电子和空穴因浓度不同产生扩散运动，随着扩散运动进行的同时
产生了结电场（或称内建电场），
在结电场的作用下载流子进行
了漂移运动，当载流子的扩散与
漂移运动达到平衡时，就形成了一个相对稳定的PN结。

PN结具有单向导电性(如下图)。

当P区电位高于N区电位（正向偏置），在外电场的作用下，P区的空穴向N区移动，N区的电子向P区移动，当外电场抵消了内建电场作用后，就会开始有载流子从P区流向N区，形成了PN结正向导电；反之，当P区电位小于N区
电位（反向偏置），在外电场和内建电场同向叠加的作用下，P区的空穴偏离PN结向压向P区，同样N区的电子偏离PN结压向N区，
结处于截止状态。

PN结中无载流子通过，PN
2020年4月2日（鹤鸣）。