​PN结是什么？PN结有什么特征？PN结的应用

PN结是什么？PN结有什么特征？PN结的应用

（PN结学习思维导图）

在看接下来的内容之前，我们先看看本文的思维导图。首先对PN结的定义及原理进行分析。了解原理之后，来分析学习它的特征，有了原理特征当然是要应用了。

1、 PN结的定义是什么？

对于PN结的定义，首先我们看下来自于百度百科的内容：采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结（英语：PN junction）。

是不是有点晦涩？学习就是要逐渐理解那些晦涩的定义，好了进入主题。我们首先拿出来一块硅（锗）片（本征半导体），灵光一闪我们就在这个硅片上确定一块区域，细致的我们打算用刀片去除这区域表面的二氧化硅层，因为他会阻挡我们掺入杂质（P型和N型杂质即杂质半导体），想了想刀片太粗鲁了，于是我们使用腐蚀（fǔ shí）剂。去除表面的二氧化硅之后在1000摄氏度的高温下，将其放在P（N）型杂质气体中，气体中的杂质就会向硅片上扩散形成了P型半导体，使用同样的方法掺杂另外一种杂质。在掺杂完成之后，在P型半导体和N型半导体之间，成的一块区域就是我们所说的PN结。

(图片来源于网络)

2、 PN结的原理是什么？

1、 掺杂半导体是什么？

P型半导体

在硅晶体中掺杂少量硼元素（或铟元素）（即我们之前提到的在PN结只制作过程中所掺杂的杂质气体），称为P型半导体，

N型半导体

在硅晶体中掺杂少量（或锑元素）（即我们之前提到的在PN结只制作过程中所掺杂的杂质气体），称为P型半导体，

2、 PN结是怎样形成的？

什么是空穴？什么是多子什么是少子？什么是施主原子？什么是受主原子？

在P型半导体中，硼原子的最外面有三个电子，而硅原子外部有4个电子，当硼掺杂入硅中以后就会形成三个共价键，但是硼有4个电子却少了一个电子来形成共价键。比如有两个班级一个是彭老师的班级，另一个是硅老师的班级，我们简称硼班和硅班，现在硼班3个同学没有座位，硅班可以给硼班4个座位，但是分配完多出了一个位置，这个空出来的座位就被称为空穴。这时候多出来的这个座位（空穴）就被称为多子，多出座位缺少了学生（电子），所以这个学生就被称为少子。这里的硅班是把自己座位给了硼班，所以硅被称为施主原子，硼被称为受主原子。

在N型半导体中，磷原子最外面有5个电子，而硅原子外部有4个电子，当磷掺杂入硅中以后就会形成4个共价键，但是磷原子多出了一个电子。好比现在我们让磷班和硅班合并，硅班还是需要四个学生来组合同桌，但是磷班给了5个同学，组合完同桌之后，发现多出来一个同学在那站着也没有座位。这时候多出来的这个同学（自由电子）就被称为多子，缺少的座位（空穴）被称为少子。这里的磷班是把自己的学生给了硅班，所以硼老师也被称为施主原子（硼原子），硅班被称为受主原子（硅原子）

下面我们就可以说PN结是怎样形成的了，N区和P区挨的很近。N区域自由电子多空穴少，P区域空穴多自由电子少。这时候交界处N区的自由电子就会像P区扩散，而P区的空穴会向N区扩散，在交界处就形成了空间电荷区。这时候N区少了自由电子，本来平衡的电中性就会被打破，而带正电，而P区域少了空穴因此带负电，这时就会产生一个内电场，即从N到P的正向电压，我们知道之前电子是从N像P扩散的，但是现在正向电压也是从N向P，所以势必会阻止自由电子向P扩散（规定自由电子的流动方向与电压方向相反）。阻止的过程N的空穴流向P，P的自由电子流向N，这样内电场减小，之前的扩散运动又加强了，反反复复最终达到平衡。

（图片来源于网络）

3、 PN结的特征是什么？

1、 概述

PN结稳定之后，要想实现电流的流动必须外部施加电压，打破内部的平衡，从而达到目的。

2、 PN结的反向击穿性是什么？

在N端接正向电压，P端接负极，这样电压从N到P与内电场的方向一致，内电场增强，自由电子不断向N区域流动，空间电荷区不断变宽，如果不做限流处理最终将导致无法承受大量的自由电子涌入最终PN结烧毁。

3、 PN结的单向导电性是什么？

当P接正N接负时，内电场减小，空间电荷区由于自由电子不断从N向P扩散，空穴从P向N扩散变窄，最终自由电子进入P区不断流出，空穴进入N区不断流出，即导通。反之，如果N正P负，空间电荷区越来越大，越大N的自由电子和P的空穴越相互扩散，而由于外部施加了电压内电场也在增大，两个方向的电流相互对抗，不分彼此时不能导通，一旦外部电流过大就反向击穿了PN结。

4、 PN结的伏安特性是什么？

伏安特性的表达式

id——通过pn结的电流

vd——pn结两端的外加电压

vt——温度的电压当量，vt=kt/q=t/11600 = 0.026v，其中k为波耳兹曼常数（1.38×10–23j/k），t为热力学温度，即绝对温度（300k），q为电荷（1.6×10–19c）。在常温下，vt≈26mv。

e——自然对数的底

is——反向饱和电流，对于分立器件，其典型值为10-8~10-14a的范围内。中pn结，其is值则更小.

当vd>;>;0，且vd＞vt时，；

当vd＜0，且时，id≈–is≈0。

由此可看出pn结的单向导电性

5、 PN结的电容特性是什么？

两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，这就构成了电容器。当加反电压时P区、空间电荷区、N区就形成了一个电容器。施加电压的大小会影响空间电荷区的宽窄，因此电压的大小会影响电容的大小。

4、 PN结有什么应用？

利用单向导电性，我们可以作为防止电流反向流动使用，因为反向电压击穿后电压不变所以做稳压二极管使用，根据电容特性可以做变容二极管使用。