第九讲 PN结单向导电性
上回书说到,PN结内建电场的方向是从N端指向P端,动态平衡时大约0.65V左右,由于这个电场的存在会阻止载流子的扩散运动而加强漂移运动,并且最终达到动态平衡状态。
设想一下:
当我们设法削弱该电场时,则载流子的扩散运动将能维持下去,并形成扩散电流。
反之:
当我们设法增强该电场时,则载流子的漂移运动将能维持下去,并形成漂移电流。
削弱该电场的方法是在PN结外部加上一个与内建电场相反的电压回路;
增加该电场的方法是在PN结外部加上一个与内建电场相同的电压回路;
图示说明:
1:正向导电
先研究下
外接一个与内建电场相反的电压,削弱了内建电场,加强了扩散运动,当外接电压较低,抵消量小,PN结宽度减小不多,虽然扩散运动大于漂移运动,但是扩散电流还很小。但是,毕竟产生了电流。
和原来未加外接电压相比,虽然有内建电场,但达到动态平衡时是不产生电流的。
随着外加电压的逐渐增加,大大加强了扩散运动,PN结宽度越来越窄,扩散电流逐渐加大。
我们把连接的这个外加电压正端接P型半导体,负端接N型半导体的情况称为PN结的正向电压(虽然与内建电场反向)。
其外加正向电压与PN结的扩散电流(里面有一部分是相反的漂移电流)作为一个坐标的横轴和纵轴,采用描点法得到的曲线称为PN结的正向特性曲线,也叫PN结的伏安特性曲线。见下图。
在没加外部电压时(如图,即0V),电流也为0;
在外接电压很小时(如图,设为0.1V),产生的微小的电流,如10PA(皮安培,10PA=0.01mA);
在外接电压较小时(如图,设为0.3V),产生的较小的电流,如100PA(100PA=0.1mA);
在外接电压较大时(如图,设为0.5V),产生的较大的电流,如2.5mA;
在外接电压达到内建电压时(如图,设为0.65V),产生的更大的电流,如10mA-----正向导电;
一旦外接电压超过内建电压,产生的电流将迅速加大,容易导致PN结因过电流从而过功耗而损坏。
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2:反向截止
外接一个与内建电场相同的电压,即P端接负N端接正,这叫反向连接,这时增加了内建电场,PN结宽度增大,阻止了扩散运动,加强了漂移运动。
当外接电压较低,增加量小,PN结宽度增大不多,但漂移运动大于扩散运动,漂移电流占主导地位,同样的,和没加外电压相比,毕竟产生了电流,虽然很小。
随着外加电压的逐渐增加,大大加强了漂移运动,PN结宽度越来越宽,漂移电流逐渐加大。
当外接电压加大到一定程度时,漂移电流不再增加,维持在一个稳定的电流值上。
这是为什么呢?
因为漂移电流是由少数载流子的定向移动形成的,少数载流子又是哪里来的呢?
前文说到,少数载流子是由因热和光的激发而产生的电子空穴对中的其中之一,忽略光的影响,少数载流子的数量完全由当前温度的高低决定,外加反向电压达到一定程度,所有少数载流子都参与了形成这个漂移电流,少数载流子的数量只要不增加,其电流就是定值不变。
我们把连接的这个外加电压正端接N型半导体,负端接P型半导体的情况称为PN结的反向向电压(虽然与内建电场同向)。
其外加反向电压与PN结的漂移电流作为一个坐标的横轴和纵轴,采用描点法得到的曲线称为PN结的反向特性曲线,也叫PN结的反向伏安特性曲线。见下图。
在没加外部电压时(如图,即0V),电流也为0;
在外接电压很小时(如图,设0.1V),产生的微小的电流,如1PA;
在外接电压较小时(如图,设为1V),产生的较小的电流,如100PA;
在外接电压较大时(如图,设2V),产生的电流却没有变大多少,如101PA------反向截止;
在外接电压达到内建电压时(如图,设为10V),产生的电流还是没有变大多少,如102PA;
一旦外接电压超过某一数值(与具体的单个产品有关,如100V),产生的电流将迅速加大,这叫做PN结的击穿。如果不采取措施,容易导致PN结击穿后因过电流从而过功耗而损坏。
正向导电反向截止叫做单向导电性,即PN结只有一个方向是导电的!
下一节研究PN结使用时的保护问题。
[ 本帖最后由 yifei 于 2009-9-26 15:12 编辑 ] |