01

PN接面產生原理

PN接面示意圖

多數載流子因濃度上的差異而形成的運動稱為擴散運動。

我們可以看到P區空穴的濃度高於N區，而N區的自由電子濃度高於P區，這樣就會產生空穴由P向N擴散（空穴是不動的，只是給電子提供運動路徑，相對電子而言是在做相反運動），自由電子由N向P擴散，從而導致的結果就是在接觸面的地方P區會缺少空穴，而N區會缺少自由電子，這樣在接觸面附近就剩下不能移動的離子存在了，這個離子區為空間電荷區也就是PN接面。多數載流子已經擴散到對方並複合掉了，或者說消耗盡了，因此又稱空間電荷區為耗盡層。空間電荷區出現後，因為正負電荷的作用，將產生一個從N區指向P區的內電場。內電場的方向，會對多數載流子的擴散運動起阻礙作用。同時，內電場則可推動少數載流子（P區的自由電子和N區的空穴）越過空間電荷區，進入對方。少數載流子在內電場作用下有規則的運動稱為漂移運動。漂移運動和擴散運動的方向相反。

PN接面中的擴散和漂移是相互聯絡，又是相互矛盾的。在一定條件（例如溫度一定）下，多數載流子的擴散運動逐漸減弱，而少數載流子的漂移運動則逐漸增強，最後兩者達到動態平衡，空間電荷區的寬度基本穩定下來，PN接面就處於相對穩定的狀態。

02

PN接面的單向導電性

如果在PN接面兩端加上不同極性的電壓，PN接面會呈現出不同的導電效能。

（1）PN接面外加正向電壓

PN接面P端接高電位，N端接低電位，稱PN接面外加正向電壓，又稱PN接面正向偏置，簡稱為正偏。

PN接面外加正向電壓

PN接面外加正向電壓（也叫正向偏置）時，如左下圖所示：正向偏置時外加電場與內電場方向相反，內電場被削弱，P區的空間電荷區的電子被吸引到電源正極，導致P區的空間電荷區變窄，電源負極的電子擴散到N區的空間電荷區，使得N區的空間電荷區變窄。此時，多子的擴散運動大大超過少子的漂移運動，N區的電子不斷擴散到P區，形成較大的正向電流，這時稱PN接面處於導通狀態。

（2）PN接面外加負向電壓

PN接面P端接低電位，N端接高電位，稱PN接面外加反向電壓，又稱PN接面反向偏置，簡稱為反偏。

PN接面外加負向電壓

P端引出極接電源負極，N端引出極電源正極的接法稱為反向偏置；反向偏置時內、外電場方向相同，因此內電場增強，N區的空間電荷區的電子被吸引到電源正極，導致N區的空間電荷區變寬，電源負極的電子擴散到P區的空間電荷區，使得P區的空間電荷區變寬。致使多子的擴散難以進行，即PN接面對反向電壓呈高阻特性；反偏時少子的漂移運動雖然被加強，但由於數量極小，反向電流一般情況下可忽略不計，此時稱PN接面處於截止狀態。

綜合正向電流和反向電流，流過PN接面的電流與外加電壓的關係我們可以用下面這個式子來表示。

其中，IF是正向電流，IS飽和電流q是電荷1。602*10^-19，VF是正向壓降，T是結溫，K是玻爾茲曼常數1。381*10^-23。