（PN結學習思維導圖）

在看接下來的内容之前，我們先看看本文的思維導圖。首先對PN結的定義及原理進行分析。了解原理之後，來分析學習它的特征，有了原理特征當然是要應用了。

1、 PN結的定義是什麼？

對于PN結的定義，首先我們看下來自于百度百科的内容：采用不同的摻雜工藝，通過擴散作用，将P型半導體與N型半導體制作在同一塊半導體（通常是矽或鍺）基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區稱為PN結（英語：PN junction）。

是不是有點晦澀？學習就是要逐漸理解那些晦澀的定義，好了進入主題。我們首先拿出來一塊矽（鍺）片（本征半導體），靈光一閃我們就在這個矽片上确定一塊區域，細緻的我們打算用刀片去除這區域表面的二氧化矽層，因為他會阻擋我們摻入雜質（P型和N型雜質即雜質半導體），想了想刀片太粗魯了，于是我們使用腐蝕（fǔ shí）劑。去除表面的二氧化矽之後在1000攝氏度的高溫下，将其放在P（N）型雜質氣體中，氣體中的雜質就會向矽片上擴散形成了P型半導體，使用同樣的方法摻雜另外一種雜質。在摻雜完成之後，在P型半導體和N型半導體之間，成的一塊區域就是我們所說的PN結。

(圖片來源于網絡)

2、 PN結的原理是什麼？

1、 摻雜半導體是什麼？

P型半導體

在矽晶體中摻雜少量硼元素（或铟元素）（即我們之前提到的在PN結隻制作過程中所摻雜的雜質氣體），稱為P型半導體，

N型半導體

在矽晶體中摻雜少量（或銻元素）（即我們之前提到的在PN結隻制作過程中所摻雜的雜質氣體），稱為P型半導體，

2、 PN結是怎樣形成的？

什麼是空穴？什麼是多子什麼是少子？什麼是施主原子？什麼是受主原子？

在P型半導體中，硼原子的最外面有三個電子，而矽原子外部有4個電子，當硼摻雜入矽中以後就會形成三個共價鍵，但是硼有4個電子卻少了一個電子來形成共價鍵。比如有兩個班級一個是彭老師的班級，另一個是矽老師的班級，我們簡稱硼班和矽班，現在硼班3個同學沒有座位，矽班可以給硼班4個座位，但是分配完多出了一個位置，這個空出來的座位就被稱為空穴。這時候多出來的這個座位（空穴）就被稱為多子，多出座位缺少了學生（電子），所以這個學生就被稱為少子。這裡的矽班是把自己座位給了硼班，所以矽被稱為施主原子，硼被稱為受主原子。

在N型半導體中，磷原子最外面有5個電子，而矽原子外部有4個電子，當磷摻雜入矽中以後就會形成4個共價鍵，但是磷原子多出了一個電子。好比現在我們讓磷班和矽班合并，矽班還是需要四個學生來組合同桌，但是磷班給了5個同學，組合完同桌之後，發現多出來一個同學在那站着也沒有座位。這時候多出來的這個同學（自由電子）就被稱為多子，缺少的座位（空穴）被稱為少子。這裡的磷班是把自己的學生給了矽班，所以硼老師也被稱為施主原子（硼原子），矽班被稱為受主原子（矽原子）

下面我們就可以說PN結是怎樣形成的了，N區和P區挨的很近。N區域自由電子多空穴少，P區域空穴多自由電子少。這時候交界處N區的自由電子就會像P區擴散，而P區的空穴會向N區擴散，在交界處就形成了空間電荷區。這時候N區少了自由電子，本來平衡的電中性就會被打破，而帶正電，而P區域少了空穴因此帶負電，這時就會産生一個内電場，即從N到P的正向電壓，我們知道之前電子是從N像P擴散的，但是現在正向電壓也是從N向P，所以勢必會阻止自由電子向P擴散（規定自由電子的流動方向與電壓方向相反）。阻止的過程N的空穴流向P，P的自由電子流向N，這樣内電場減小，之前的擴散運動又加強了，反反複複最終達到平衡。

（圖片來源于網絡）

3、 PN結的特征是什麼？

1、 概述

PN結穩定之後，要想實現電流的流動必須外部施加電壓，打破内部的平衡，從而達到目的。

2、 PN結的反向擊穿性是什麼？

在N端接正向電壓，P端接負極，這樣電壓從N到P與内電場的方向一緻，内電場增強，自由電子不斷向N區域流動，空間電荷區不斷變寬，如果不做限流處理最終将導緻無法承受大量的自由電子湧入最終PN結燒毀。

3、 PN結的單向導電性是什麼？

當P接正N接負時，内電場減小，空間電荷區由于自由電子不斷從N向P擴散，空穴從P向N擴散變窄，最終自由電子進入P區不斷流出，空穴進入N區不斷流出，即導通。反之，如果N正P負，空間電荷區越來越大，越大N的自由電子和P的空穴越相互擴散，而由于外部施加了電壓内電場也在增大，兩個方向的電流相互對抗，不分彼此時不能導通，一旦外部電流過大就反向擊穿了PN結。

4、 PN結的伏安特性是什麼？

伏安特性的表達式

id——通過pn結的電流

vd——pn結兩端的外加電壓

vt——溫度的電壓當量，vt=kt/q=t/11600 = 0.026v，其中k為波耳茲曼常數（1.38×10–23j/k），t為熱力學溫度，即絕對溫度（300k），q為電荷（1.6×10–19c）。在常溫下，vt≈26mv。

e——自然對數的底

is——反向飽和電流，對于分立器件，其典型值為10-8~10-14a的範圍内。中pn結，其is值則更小.

當vd>;>;0，且vd＞vt時，；

當vd＜0，且時，id≈–is≈0。

由此可看出pn結的單向導電性

5、 PN結的電容特性是什麼？

兩個相互靠近的導體，中間夾一層不導電的絕緣介質，這就構成了電容器。當加反電壓時P區、空間電荷區、N區就形成了一個電容器。施加電壓的大小會影響空間電荷區的寬窄，因此電壓的大小會影響電容的大小。

4、 PN結有什麼應用？

利用單向導電性，我們可以作為防止電流反向流動使用，因為反向電壓擊穿後電壓不變所以做穩壓二極管使用，根據電容特性可以做變容二極管使用。

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