PN结的单向导电性及其分析

PN结及其导电性1. PN结的形成将P型半导体与N型半导体通过物理、化学的方法有机的结合为一体，就会在两种半导体的交界面形成一个PN结。

由于交界处两边的电子和空穴的浓度不同（N型区自由电子多，P型区空穴多），因此N型区内的电子要向P型区扩散，P型区内的空穴也要向N型区扩散，使交界面P型区一侧出现带负电的离子，而N型区一侧出现带正电的离子，因而在交界面两侧形成一个空间电荷区，如图1所示。

图1 PN结的形成形成空间电荷区之后，半导体内部将出现内电场，其方向从N区指向P区。

内电场将阻碍N区的多数载流子（自由电子）和P区的多数载流子（空穴）继续向对方扩散，同时又促进N区的少数载流子（空穴）和P区的少数载流子（自由电子）向对方漂移。

在一定条件下，当多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运动达到动态平衡叶，PN结则处于相对稳定状态。

2. PN结加正向电压如果在PN结两端加正向电压（P区接电源正端，N区接电源负端），由图2(a)可见，外电场与内电场方向相反，内电场被削弱，使多数载流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电流（又称正向电流I）。

在一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大。

这时PN结的正向电阻很低。

图2 (a) PN结加正向电压图2 (b) PN结加反向电压由于PN结空间电荷区形成的电位差较小，只有零点几伏，如果外加电压过大，将会产生很大的正向电流，使PN结损坏。

因此，一般都在电路中接入限流电阻R。

3. PN结加反向电压若给PN结加反向电压（P区接电源负端、N区接电源正端），由图2(b)可见，外电场与内电场方向一致，外电场加强内电场，使多数载流子的扩散运动难以进行。

但是，在外电场的作用下，P区的少数载流子（自由电子）和N区的少数载流子（空穴）将产生漂移运动，形成很小的反向电流I，即PN结的反向电阻很高。

由于少数载流子的数目与环境温度密切相关，因此温度对反向电流的影响很大。

4. PN结的单向导电性综上所述：PN结具有单向导电性能，即PN结加正向电压时，PN结正向电阻很低，正向电流较大，PN结处于导通状态；当PN结加反向电压时，PN结反向电阻很高，反向电流很小，PN结处于载止状态。

pn 结单向导电性
单向导电性
PN 结加正向电压时，可以有较大的正向扩散电流，即呈现低电阻，我们称PN 结导通；PN 结加反向电压时，只有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，我们称PN 结截止。

这就是PN 结的单向导电性。

PN 结的单向导电性
PN 结具有单向导电性，若外加电压使电流从P 区流到N 区，PN 结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。

如果外加电压使：PN 结P 区的电位高于N 区的电位称为加正向电压，简称正偏；PN 结P 区的电位低于N 区的电位称为加反向电压，简称反偏。

（1）PN 结加正向电压时的导电情况。

PN结PN结（PN junction）。

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PN结。

PN结具有单向导电性。

P是positive的缩写，N是negative 的缩写，表明正荷子与负荷子起作用的特点。

一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是P型半导体，另一部分掺有施主杂质是N型半导体时，P 型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称为PN结。

PN结有同质结和异质结两种。

用同一种半导体材料制成的 PN 结叫同质结，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。

PN结（PN junction）制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。

制造异质结通常采用外延生长法。

P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴；N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。

在P型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。

在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。

N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。

当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。

空穴和电子相遇而复合，载流子消失。

因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。

P 型半导体一边的空间电荷是负离子，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。

正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。

在PN结上外加一电压，如果P型一边接正极，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。

如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。

pn结的单向导电性原理
pn结是半导体器件中最基本的结构之一，它具有很重要的单向导电性原理。

pn 结由p型半导体和n型半导体组成，两者之间形成一个结，其中p型半导体中的载流子主要是空穴，n型半导体中的载流子主要是电子。

当p型半导体和n型半导体通过扩散结合形成pn结时，由于杂质浓度的不均匀分布，形成了内建电场，从而产生了单向导电性。

在正向偏置情况下，即p端连接正电压，n端连接负电压，此时内建电场会被外加电场所抵消，电子和空穴会向结区域扩散，导致电流的流动。

而在反向偏置情况下，即p端连接负电压，n端连接正电压，内建电场会被外加电场所增强，阻止了电子和空穴的扩散，因此几乎没有电流流动。

这种单向导电性原理使得pn结能够作为二极管等器件的基础。

当二极管处于正向偏置状态时，电流可以流通，起到导通的作用；而在反向偏置状态下，电流几乎无法流通，起到截止的作用。

这种性质使得二极管可以实现信号的整流、开关等功能，被广泛应用在电子电路中。

除了二极管，pn结还可以应用在其他器件中，比如场效应管、光电二极管、太阳能电池等。

在场效应管中，pn结的单向导电性使得可以通过控制栅极电压来控制漏极电流，实现放大和开关功能；在光电二极管中，当光线照射到pn结上时，产生光生电子和空穴，从而产生电流，实现光信号的转换；在太阳能电池中，光照射到pn结上会产生电荷对，从而产生电流，实现光能的转换。

总的来说，pn结的单向导电性原理是半导体器件中非常重要的基础原理，它的特性使得许多器件可以实现各种功能，从而在电子、光电等领域有着广泛的应用。

通过对pn结的深入理解，可以更好地设计和应用各种半导体器件，推动科技的发展和应用。

PN结的单向导电性PN结在外加电压的作用下，动态平衡将被打破，并显示出其单向导电的特性。

1、外加正向电压当PN结外加正向电压时，外电场与内电场的方向相反，内电场变弱，结果使空间电荷区（PN结）变窄。

同时空间电荷区中载流子的浓度增加，电阻变小。

这时的外加电压称为正向电压或正向偏置电压用VF表示。

在VF作用下，通过PN结的电流称为正向电流IF。

外加正向电压的电路如图所示。

2、外加反向电压外加反向电压时，外电场与内电场的方向相同，内电场变强，结果使空间电荷区（PN结）变宽, 同时空间电荷区中载流子的浓度减小，电阻变大。

这时的外加电压称为反向电压或反向偏置电压用VR表示。

在VR作用下，通过PN结的电流称为反向电流IR或称为反向饱和电流IS。

如下图所示。

3、PN结的伏安特性根据理论分析，PN结的伏安特性可以表达为：式中iD为通过PN结的电流，vD为PN结两端的外加电压；VT为温度的电压当量=kT/q=T/11600=0.026V，其中k为波尔慈曼常数（1.38×10-23J/K），T 为绝对温度（300K），q为电子电荷（1.6×10-19C）；e为自然对数的底；IS为反向饱和电流。

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pn结单向导电性原理pn结是指在半导体材料中，通过掺杂使得p型半导体和n型半导体相接触形成的结。

在这种结构中，由于p型半导体和n型半导体的电子浓度和载流子迁移率不同，因此在结的两侧会形成电势差，从而产生一种单向导电性。

这种单向导电性在现代电子学中有着广泛的应用，例如二极管、光电二极管、太阳能电池等器件都是基于pn结的单向导电性原理工作的。

首先，我们来看一下pn结的形成原理。

在p型半导体中，掺杂的杂质原子会提供少量的自由电子，而在n型半导体中，掺杂的杂质原子会提供少量的空穴。

当p型半导体和n型半导体相接触形成结的时候，由于电子和空穴的扩散作用，p型半导体的自由电子会向n型半导体扩散，而n型半导体的空穴会向p型半导体扩散。

这样，在结的两侧就会形成一个电场，这个电场会阻碍进一步的扩散，最终形成一个动态的平衡状态。

在这个平衡状态下，结的两侧会形成一个内建电场，这个内建电场就是pn结的本质。

在这个内建电场的作用下，当外加电压为正向偏置时，外加电场会和内建电场相抵消，使得电子和空穴可以自由通过结，此时pn结表现出低电阻，具有导电性。

而当外加电压为反向偏置时，外加电场会和内建电场相叠加，使得电子和空穴受到电场的阻碍，无法通过结，此时pn结表现出高电阻，不具有导电性。

这种特性使得pn结在电子学中具有单向导电性，可以作为整流器、开关等器件的基础。

除了在电子学中的应用，pn结的单向导电性还被广泛应用在光电器件中。

例如光电二极管就是利用pn结的单向导电性原理工作的。

当光线照射在pn结上时，光子的能量会激发电子和空穴，使得它们克服内建电场的作用，通过pn结并产生电流。

这种原理使得光电二极管可以将光信号转换为电信号，具有光电转换的功能。

此外，太阳能电池也是基于pn结的单向导电性原理工作的。

当太阳能电池受到光照时，光子的能量会激发pn结中的电子和空穴，使得它们产生电流。

这种原理使得太阳能电池可以将太阳能转换为电能，具有光电转换的功能。

简述pn结的单向导电性pn结的单向导电性是指一些结构中形成的负极/N型和正极/P型半导体材料，可以仅通过一个方向提供电子以及空穴的材料。

这种特殊的电子导体结构称为pn结。

pn结是电子器件最基本的结构，它可以控制电子流动，并实现电子组件的功能。

一般情况下，pn结的结构由一块P型半导体和一块N型半导体组成，它们之间由一层精细的不导电材料层隔开。

pn结的单向导电性取决于它的结构，其中pn结的P型和N型半导体的结构和电荷是相同的。

在均匀的pn结中，P型和N型半导体的结构是对称的，其中P型和N型半导体的电荷相同，空穴和电子流向半导体是相反的。

这就意味着，当电子从P型半导体向N型半导体流动时，不会出现空穴的流动。

反之，当空穴从N型半导体向P型半导体流动时，不会有电子的流动。

这就是pn结单向导电性的原理。

pn结的单向导电性有很多应用。

常见的应用是用作晶体管。

晶体管由pn结和pnpn结组成，可以用来控制电子的流动，从而控制电子的输出。

另外，pn结也被广泛应用于显示器和照明系统，因为它可以实现单向导电，这可以有效控制电子的输出，从而实现显示器和照明系统的功能。

此外，pn结单向导电性也可以应用于发电机，例如永磁同步发电机。

在永磁同步发电机中，由于pn结的不导电性，电动势的变化可以有效地控制电磁感应耦合电枢的输出信号，从而实现发电机的功能。

最后，pn结单向导电性也可以用于无线能源传输系统。

无线能量传输系统是指一种利用电磁波或者其他载波传输能量的系统。

由于pn结的特殊结构，它可以实现单向导电，有效控制无线能源传输系统中电流的流动，从而实现无线能量传输系统的功能。

总之，pn结的单向导电性是一种特殊的电子导体结构，它可以控制电子流动，可以实现电子组件的功能，可广泛应用于晶体管、显示器和照明系统、发电机、以及无线能源传输系统。

pn结单向导电性以其独特性质及其多样化的应用，在电子器件行业中具有重要的地位和重要的作用。

pn结单向导电性/2009-12-17 20:55:34| 分类：微电子器件| 标签：|字号大中小订阅(为什么pn结具有单向导电性？)作者：Xie M. X. (UESTC，成都市)p-n结的正向导电性很好，反向导电性很差，这就是p-n结的单向导电性；即pn结的正向电流随电压很快上升（指数函数式增大），并且电流很大；而反向电流很小，并且与电压基本上无关（在理想情况下，反向电流是饱和电流）。

造成p-n结具有单向导电性的根本原因，就在于其中势垒区的高度和厚度随着不同方向外加电压的作用而发生不同变化的结果。

（1）正向导电：在正向电压下，pn结的势垒高度降低（势垒厚度也减薄），即发生载流子注入现象（n区电子往p区注入，p区空穴往n区注入）；注入的少数载流子首先在势垒区边缘积累，并一边复合、一边向内部扩散，则在扩散区中形成一定的浓度分布；然后借助于这种少数载流子分布的浓度梯度而产生扩散电流——输出正向电流。

总的输出电流就等于两边的少数载流子各自的扩散电流之和。

可见，p-n结的正向电流是少数载流子的扩散电流，并且与pn结两边扩散区中少数载流子的浓度梯度成正比。

由于扩散区中少数载流子的浓度梯度与注入到势垒边缘处的少数载流子浓度成正比，但该边缘处注入（增加）的少数载流子浓度则与势垒降低的高度有指数函数关系（Boltzmann 分布的结果），而势垒高度的降低又与正向电压成正比，所以p-n结的正向电流随着正向电压的增大而指数函数式增加。

（2）反向导电：在反向电压下，pn结的势垒高度增大（势垒厚度也增宽），即发生载流子抽出现象（从p区中抽出电子，从n区中抽出空穴）。

因为从势垒边缘处能够抽出的少数载流子数量很少；而且在抽出的同时，扩散区内部的少数载流子还不断地补充到边缘来，维持一定的浓度梯度，从而产生反向扩散电流——反向电流。

因此pn结的反向电流一定很小，并且也是少数载流子的扩散电流。

同时，由于这时反向电压只是影响到势垒区中的电场，而并不影响抽出少数载流子的数量和浓度梯度，所以反向电流与电压无关——电流饱和。

PN结的单向导电性：PN结加正向电压时，可以有较大的正向扩散电流，即呈现低电阻，我们称PN结导通；PN结加反向电压时，只有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，我们称PN结截止。

这就是PN结的单向导电性。

什么是零点漂移现象：指当放大电路输入信号为零（即没有交流电输入）时，由于受温度变化，电源电压不稳等因素的影响，使静态工作点发生变化，并被逐级放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动的现象。

如何解决：采用差动电路。

即输入级采用高性能的差动放大电路，来克服温度带来的零点漂移问题。

什么是频率响应：在放大电路中，当输入信号频率过高或过低时，其放大倍数的值会减少，并产生相移。

说明放大倍数是信号频率的函数，这种函数关系称之为频率响应。

负反馈对放大电路的影响：提高放大倍数的稳定性，扩展放大器的通频带，减小放大器非线性和内部噪声的影响，影响输入电阻和输出电阻。

正弦波振荡电路有哪几部分组成：放大器，正反馈网络和选频网络和稳幅环节四部分构成。

放大电路，正反馈网络满足振荡条件；选频网络实现单一频率的振荡；稳幅环节稳定振荡幅度，波形好。

直流稳压电源主要由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。

稳压电源各部分电路的作用★电源变压器：将电网提供的220V交流电压转换为各种电路设备所需的交流电压。

★整流电路：利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电路。

★滤波电路：利用储能元件（电感或电容）把脉动直流电转换成比较平坦的直流电。

★稳压电路：利用电路的调整作用使输出电压稳定的过程称为稳压。

市场上做直流稳压电源很多，。

作业一：定性解释PN结的单向导电性解答：在上课时老师已经讲到：“在PN结没有外加电压时，PN结中载流子的扩散运动和漂移运动达到动态平衡，所以通过PN结的总电流为零。

”此时扩散电流=漂移电流，参考图如下图所示：加正向电压时，即正偏——电源正极接P区，负极接N区，外电场的方向与内电场方向相反。

外电场削弱内电场→电场力不足以阻止扩散运动→扩散运动加强，漂移运动减弱→多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）。

正向电压由于引起的是多子运动，结电压很低，显示正向电阻很小，称为正向导通。

加反向电压时，即反偏——电源正极接N区，负极接P区，外电场的方向与内电场方向相同。

外电场加强内电场→更大电场力促进漂移运动→漂移运动增强→少子漂移形成反向电流。

由于反向电压引起的漂移运动是由少子形成，数量很少，所以电流很小，可以忽略不计，结电压近似等于电源电压，显示反向电阻很大，称为反向截止。

故PN结具有单向导电性。

作业二：根据给出的数据，验证摩尔定律解答:用T表示Transistor count，P表示Process，用A表示Area，用D表示Date of introduction我们假设Transistor count每x年增加一倍，则,两边同时取对数可得由此可见，函数为一次函数关系，且斜率为。

根据这个公式，我对T,P,A 分别去了对数，利用数学软件分析出了一些数据如下图所示：由图可知，函数 的斜率为0.33528，而 = 0.69314,所以x=2.06737，符合摩尔定理；而函数 的斜率为0.06097，远小于0.33528，且曲线波动较大，难以拟合，故不符合摩尔定理；对于函数 而言，其斜率应该为，对应为-0.14835，所以x=4.67233，即大概每4,5年Process 变为原来的一半。

19701975198019851990199520002005201020152020510152025l n (T )/l n (P )/l n (A )Date of introduction。

pn结的单向导电性
pn结是一种电子器件，也称为一种带有两个极性的特殊电路结构，它由p半导体和n半导体连接而成，并具有单向导电性能。

p型半导体的导电性能是因其具有正电荷的移动缺陷，接受外部电压和电流；而n型半导体的导电性能具有负电荷的移动缺陷，接受外部电压和电流。

pn结的单向导电性能是指它具有单向电流流动的能力，也就是说电子在pn结路中只能在一个方向上流动，也就是它们只能由p型半导体流到n型半导体，即由正向流动到反向。

pn结单向导电性的原理主要是由p和n半导体构成的pn结上存在一种称为均衡状态的电势屏障，这种均衡状态的电势屏障会使电子在pn结中只能在一个方向上流动，即正向流动。

pn结的单向导电性主要是由这种均衡状态的电势屏障决定的，它会使负电荷在pn结中只能从n型向p型半导体流动，而正电荷则只能从p型向n型半导体流动，来实现单向电流流动的效果。

另一方面，pn结也有一些其他性能，例如具有较低的比率阻抗等。

由于pn结具有单向导电性，因此其阻抗率也要低于其它电路结构。

当一个电路结构具有较低的阻抗率时，它就可以更有效地将电压和电流传输出去，从而提高系统的效率。

因此，pn结的单向导电性特性不仅可以使电子在pn结中只能在一个方向上流动，还可以提高电路的效率。

pn结的单向导电性是它重要性能之一，它为电子电路提供了更高的效率，并可以用于制造各种电子设备。

pn结的单向导电性不仅
可以控制电子在pn结中的方向，而且还能有效提高电路的效率，使之更加稳定，经久耐用。

因此，pn结的单向导电性在电子电路中发挥着重要作用，并且它也是制造电子元件的重要因素。

1、PN 结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结多子扩散运动多子边扩散边复合少子漂移运动内电场空间电荷区也称耗尽层扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽空间电荷区越宽，内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++P 型半导体N 型半导体扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。

1、PN 结的形成－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++P 区N 区空间电荷区（1）空间电荷区中没有载流子（2）空间电荷区中内电场阻碍 P 区中的 空穴、N 区中的电子（都是多子） 向对方作扩散运动（3）P 区中的电子和N 区中的空穴（都是少子）， 数量有限，由它们形成的电流很小注意:2、PN 结正向偏置PN 结正向偏置（加正向电压）：P 区接电源高电位端、N 区接电源低电位端－－－－++++PN RU S +_空穴自由电子内电场外电场变薄内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流 I FI F3、PN 结反向偏置PN 结反向偏置（加反向电压）：P 区接电源低电位端、N 区接电源高电位端－－－－++++PN RU S +_自由电子空穴内电场外电场变 厚内电场被加强，多子的扩散受抑制。

少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流 I R （ A 级）I R4、PN结单向导电性（1）PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态（2）PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN 结处于截止状态（3）温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加，但与反向电压无关PN 结的“正偏导通，反偏截止”，称为单向导电特性此性质是PN结构成半导体器件的基础。