PNPN结工作原理结工作原理1 1(3) (3) 当一块当一块P P型半导体与型半导体与N N型半导体结合起来时（型半导体结合起来时（P P型掺杂硼是受主、型掺杂硼是受主、N N型型掺杂磷是施主），如下图所示，由于掺杂磷是施主），如下图所示，由于P P型半导体中有很多的电洞，而型半导体中有很多的电洞，而N N型半导体中有许多电子，所以当型半导体中有许多电子，所以当P-NP-N结合起来时，结合面附近的电子会结合起来时，结合面附近的电子会填入电洞中，填入电洞中，P-NP-N结合起来时，如下图结合起来时，如下图a) a)所示。所示。或许你会以为或许你会以为N N型半导体中的电子会不断的透过接合面与电洞结合，直到型半导体中的电子会不断的透过接合面与电洞结合，直到所有的电子或电洞所有的电子或电洞 消失为止。事实上，靠近接合面的消失为止。事实上，靠近接合面的N N型半导体失去了电型半导体失去了电子后就变成正离子，子后就变成正离子，P P型半导体失去了一些电洞后就变成负离子，如上图型半导体失去了一些电洞后就变成负离子，如上图(b)(b)所示。所示。PN结工作原理结工作原理此时正离子会排斥电洞，负离子会排斥电子，因而阻止了电子、电洞的此时正离子会排斥电洞，负离子会排斥电子，因而阻止了电子、电洞的继续结合，而产生平衡之状态。继续结合，而产生平衡之状态。(4) (4) 在在P-NP-N接合面接合面(P-Njunction)(P-Njunction)附近没有载体附近没有载体( (电子或电洞电子或电洞) )，只有离子之区，只有离子之区域称为空乏区域称为空乏区(depletioNregion) (depletioNregion) 。(5) (5) 空乏区的离子所产生的阻止电子、电洞通过接合面的力量，称为障空乏区的离子所产生的阻止电子、电洞通过接合面的力量，称为障碍电位碍电位(potential barrier) (potential barrier) 。障碍电位视半导体的掺杂程度而定，一般而言，。障碍电位视半导体的掺杂程度而定，一般而言，Ge Ge 的的P-NP-N接合面约为接合面约为0.20.3V0.20.3V，而，而Si Si 的的P-NP-N接合面约为接合面约为0.60.7V0.60.7V。二二. .正向偏压正向偏压(1) (1) 若把电池的正端接若把电池的正端接P P型半导体，而把负端接型半导体，而把负端接N N型半导体，如下图型半导体，如下图PN结工作原理结工作原理2) 2) 若外加电源若外加电源E E 足够大而克服了障碍电位，则由于电池的正端具有吸引足够大而克服了障碍电位，则由于电池的正端具有吸引电子而排斥电洞的特性，电池的负端有吸引电洞而排斥电子之特性，因电子而排斥电洞的特性，电池的负端有吸引电洞而排斥电子之特性，因此此N N型半导体中的电子会越过型半导体中的电子会越过P-NP-N接合面而进入接合面而进入P P 型半导体与电洞结合，型半导体与电洞结合，同时，电洞也会通过接合面而进入同时，电洞也会通过接合面而进入N N型半导体内与电子结合，造成很大型半导体内与电子结合，造成很大的电流通过的电流通过P-NP-N接合面。接合面。(3) (3) 因为电池的负端不断的补充电子给因为电池的负端不断的补充电子给N N型半导体，电池的正端则不断的型半导体，电池的正端则不断的补充电洞给补充电洞给P P型半导体，型半导体，( (实际上是电池的正端不断的吸出实际上是电池的正端不断的吸出P P型半导体中型半导体中之电子，使之电子，使P P 型半导体中不断产生电洞型半导体中不断产生电洞) ) ，所以通过，所以通过P-NP-N接合面的电流将接合面的电流将持续不断。持续不断。(4) P-N(4) P-N接合在加上正向偏压时，所通过之电流称为正向电流接合在加上正向偏压时，所通过之电流称为正向电流(IF) (IF) 。PN结工作原理结工作原理三三. .反向偏压反向偏压(1) (1) 现在如果我们把电池的正端接现在如果我们把电池的正端接N N而负端接而负端接P P，则电子、电洞将受到，则电子、电洞将受到E E之吸引而远离接合面，空乏区增大，而不会有电子或电洞越过接合面产之吸引而远离接合面，空乏区增大，而不会有电子或电洞越过接合面产生接合，如下图所示，此种外加电压之方式称为反向偏压。生接合，如下图所示，此种外加电压之方式称为反向偏压。(2) (2) 当当P-NP-N接合面被加上反向偏压时，理想的情形应该没有反向电流接合面被加上反向偏压时，理想的情形应该没有反向电流(Ir=0)(Ir=0)才对，然而，由于温度的引响，热能在半导体中产生了少数的电子才对，然而，由于温度的引响，热能在半导体中产生了少数的电子电洞电洞对，而于半导体中有少数载体存在。在对，而于半导体中有少数载体存在。在P-NP-N接合面被接上反向偏压时，接合面被接上反向偏压时，N N型半导体中的少数电洞和型半导体中的少数电洞和P P 型半导体中的少数电子恰可以通过型半导体中的少数电子恰可以通过P-NP-N接合面接合面而结合，故实际的而结合，故实际的P-NP-N接合再加上反向偏压时，会有一接合再加上反向偏压时，会有一”极小极小”之电流存之电流存在。此电流称为漏电电流，在厂商的资料中多以在。此电流称为漏电电流，在厂商的资料中多以Ir Ir表之。表之。 注注 ：在实际应用时多将：在实际应用时多将Ir Ir忽略忽略, ,而不加以考虑。而不加以考虑。PN结工作原理结工作原理(3) Ir(3) Ir与反向偏压之大小无关，却与温度有关。硅，每当温度升高与反向偏压之大小无关，却与温度有关。硅，每当温度升高1010，IRIR就增加为原来的两倍。就增加为原来的两倍。四四. .崩溃崩溃 (Breakdown) (Breakdown)(1) (1) 理想中，理想中，P-NP-N接合加上反向偏压时，只流有一甚小且与电压无关之接合加上反向偏压时，只流有一甚小且与电压无关之漏电电流漏电电流Ir.Ir.。但是当我们不断把反向电压加大时，少数载体将获得足。但是当我们不断把反向电压加大时，少数载体将获得足够的能量而撞击、破坏共价键，而产生大量的电子一对洞对。此新生够的能量而撞击、破坏共价键，而产生大量的电子一对洞对。此新生产之对子及电洞可从大反向偏压中获得足够的能量去破坏其它共价键，产之对子及电洞可从大反向偏压中获得足够的能量去破坏其它共价键，这种过程不断重复的结果，反向电流将大量增加，此种现象称为击穿这种过程不断重复的结果，反向电流将大量增加，此种现象称为击穿或崩溃。或崩溃。(2) P-N(2) P-N接合因被加上过大的反向电压而大量导电时，若不设法限接合因被加上过大的反向电压而大量导电时，若不设法限制通过制通过P-NP-N接合之反向电流，则接合之反向电流，则P-NP-N接合将会烧毁。接合将会烧毁。击穿：隧道击穿（齐纳击穿），雪崩击穿击穿：隧道击穿（齐纳击穿），雪崩击穿PN结工作原理结工作原理