1.1.3 PN结及其特性

1. PN结的形成

将P型半导体和N型半导体用特殊的工艺结合在一起时，就会在两种半导体的交界面处形成一个特殊的薄层，称为PN结，如图1-5所示。在PN结的形成过程中，半导体中载流子的运动方式包含了扩散运动和漂移运动两种。

图1-5 PN结

由于两种掺杂半导体材料中载流子的浓度相差很大，使P型半导体中的空穴向N型半导体扩散，同时N型半导体中的电子向P型半导体扩散，称为扩散运动，如图1-6所示。

扩散运动的结果是在交界面的P区一侧出现了一个负电荷区，而在N区一侧出现了一个正电荷区，从而形成了一个由N区指向P区的内电场。内电场形成后，阻挡了多数载流子的扩散运动，同时使P区的少数载流子-电子和N区的少数载流子-空穴越过空间电荷区进入对方区域，这种少数载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动，当扩散与漂移达到动态平衡时形成一定宽度的PN结，如图1-7所示。

图1-6 扩散运动

图1-7 PN结的形成

2. PN结的特性

（1）外加正向电压（亦称正向偏置，简称正偏）

PN结正向偏置如图1-8所示。此时，P区接电到电源E的正极，是高电位，N区经过限流电阻R接电源E的负极，是低电位。在正向偏置状态下，外电场方向与PN结中内电场方向相反，削弱了内电场，使空间电荷区变窄，增强扩散运动，减弱漂移运动，使多数载流子能够在外加电场的作用下顺利地穿过PN结，形成了一个较大的正向电流I，PN结处于导通状态。

（2）外加反向电压（亦称反向偏置，简称反偏）

PN结反向偏置如图1-9所示。此时，P区接电到电源E的负极，是低电位，N区经过限流电阻R接电源E的正极，是高电位。在反向偏置状态下，外电场方向与PN结中内电场方向一致，增强了内电场，使空间电荷区变宽，减弱扩散运动，增强漂移运动，使多数载流子受PN结的阻挡无法通过，只有少数载流子在外加电场的作用下能够通过PN结，形成一个很小的反向电流I，PN结处于截止状态。在一定的温度条件下，反向电流达到一定数值后就不会随着反向电压的增加而增大，称为反向饱和电流。反向饱和电流对温度十分敏感，随温度升高反向饱和电流急剧增大。

图1-8 PN结正向偏置

图1-9 PN结反向偏置

由以上分析可知，在PN结两端外加不同方向的电压，会呈现出“正向导通，反向截止”的单向导电特性。