PN结的导电性与击穿

一、PN结的单相导电性

1、PN结外加正向电压

如下图所示：

这里我就简单画了，“+”和“-”就分别代表正负离子了。

正向电压：“+”结P区，“-”结N区。

我们又叫它“PN结正偏”，显而易见，此时外电场和内电场相反，PN结的平衡状态极易打破。

原理：在外电场的推动下，P区的多子“空穴”开始向N区移动，与“负离子”中和；N区的多子“自由电子”向P区移动，与“正离子”中和，导致这内电场里的电荷都被中和掉了，那自然内电场电势下降。

这里补充一个知识点：

扩散电流：多子扩散运动形成的电流；

漂移电流：少子漂移运动形成的电流。

在这里，扩散大于漂移，所以PN结扩散电流大于漂移电流，那么扩散电流就成为了电流的主导力量，我们叫它“正向电流”。

外加电场增大时，内电场减弱，正向电流也增大，正常导通时，从P端向N端看去，是有压降的，就是没加电场时的内电场电压。而且外电场电压稍微变化一点，正向电流都会有显著的变化，可见正偏时，PN结的可以看做是一个很小的电阻，再加上已知的恒定电压压降。

2、PN结外加反向电压

如下图所示：

这里就不多说了，连接呀什么的和正偏都相反，这里叫“PN结反偏”。

外加反偏电场，不同的在于，P、N区的多子都远离内电场的电荷区，导致，负离子、正离子都变多了，宽度也变大了。

少子漂移比多子扩散强，此时PN结内电流变成了漂移电流为主导，我们称“反向电流”。因为少子是“本征激发”，电子很少，因而电流很弱，更何况，少子浓度是受温度影响的，温度不变，电压再怎么增大，反向电流有也几乎不变。

可见，反向时，PN结就是一个很大的电阻，基本上就是截止的。

二、PN结的伏安特性

直接上图：

温度升高时，伏安特性曲线正偏的左移，反偏的下移。

通过图像我们还可以发现，正向电压的压降随温度上高而下降。

三、PN结的击穿特性

这里介绍的两种击穿都是因为反向电流“过大”而击穿的，分别是“齐纳击穿”和“雪崩击穿”。

1、齐纳击穿

首先，掺杂浓度较高，空间电荷区窄，外加的反向不大时，内电场的电压显著增强，太强的时候就会把共价键里的电子给“拽”出来，形成了大量的空穴对，导致“反向电流”急剧增大。

电流一大，会产生很多热量，在那一瞬间，这个半导体就烧了，冒烟了。

2、雪崩击穿

首先，掺杂浓度较低，空间电荷区宽，内电场也逐渐增大。路过电荷区的少子，会在电场的加速下获得很大的动能，大到能把共价键里的电子给“撞”出来，新出来的载流子也被电场加速，再去“撞”其他的，这样连锁反应，载流子一下子变多了，反向电流也变大了。

电流一大，又一个半导体烧了。

因为电流大，半导体过热烧毁的，造成永久性损坏的击穿，我们又叫它“热击穿”。

四、PN结的电容效应

我们下面介绍“势垒电容”和“扩散电容”。

1、势垒电容

前面我们介绍到PN结的导电性时说到了正偏和反偏。

正偏时，P、N区的多子流入内电场，有点像电容充电那感觉了；

反偏时，P、N区的多子从内电场离开，还像电容放点的样子。

因此，我们把这种电容效应称为“势垒电容”。

2、扩散电容

PN结外加正向电压时，N区的多子扩散到P区，因为存在距离，所以会形成浓度梯度，P区的多子扩散到N区也是如此，如果增大了正向电压，那么多子扩散增加，依然会存在浓度梯度，同理，减小正向电压也是一样的原理。

这种电容的积累与释放也像电容充放电时电荷的运动，这种效应我们称“扩散电容”。