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PN 结

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{{Infobox person| 姓名     = PN结|圖片 = [[File:O4YBAFplw6WATy35AADaoKEGN0g747.png|缩略图|居中|250px|[https://image.so.com/view?q=PN%E7%BB%93&src=tab_www&correct=PN%E7%BB%93&ancestor=list&cmsid=a03f828b65deefeb715f118a8c7be0bd&cmran=0&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=12&fsn=83&adstar=0&clw=246#id=811d46bb1ba23f5fa5736f0878c5c545&currsn=0&ps=62&pc=62 原图链接][https://www.so.com/s?src=lm&ls=s112c46189d&q=PN%E7%BB%93&lmsid=28103b80dc42cf31&lm_extend=ctype%3A3%7Clmbid%3A0 图片来源于360搜索网]]]}}
'''PN结'''采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结（英语：PN junction）。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性，例如半导体二极管、双极性晶体管的物质基础。
=='''发展过程'''==
[[File:Fda0b3fa6ba76ee09cc5643d4a92ac14.png|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=PN%E7%BB%93&src=tab_www&correct=PN%E7%BB%93&ancestor=list&cmsid=a03f828b65deefeb715f118a8c7be0bd&cmran=0&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=12&fsn=83&adstar=0&clw=246#id=dac5b40633dbad25cf50ed76d80fd166&currsn=0&ps=62&pc=62 原图链接][http://www.eepw.com.cn/article/275373.htm 图片来源于电子产品世界网]]]
1935年后贝尔实验室的一批科学家转向研究Si材料，1940年，用真空熔炼方法拉制出多晶Si棒并且掌握了掺入Ⅲ、Ⅴ族杂质元素来制造P型和N型多晶Si的技术。还用生长过程中掺杂的方法制造出第一个Si的PN结，发现了Si中杂质元素的分凝现象，以及施主和受主杂质的补偿作用。[13]
===PN结的形成===
[[File:Abc35d281dff4632b1c5026141197b86 th.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=PN%E7%BB%93&src=tab_www&correct=PN%E7%BB%93&ancestor=list&cmsid=a03f828b65deefeb715f118a8c7be0bd&cmran=0&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=12&fsn=83&adstar=0&clw=246#id=0bc6b2eeeb20f2f29f9416249fc85359&currsn=0&ps=62&pc=62 原图链接][https://www.so.com/s?src=lm&ls=s112c46189d&q=PN%E7%BB%93&lmsid=9bcaf4bcbf7ffe57&lm_extend=ctype%3A3%7Clmbid%3A0 图片来源于360搜索网]]]
 
PN结的形成其实就是在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，那么在两种半导体的交界面附近就形成了PN结。
 
在形成PN结之后，由于N型半导体区内的电子数量多于空穴数量，而P型半导体区内的空穴数量多于电子数量，所以在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差。这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
 
最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。<ref>[http://www.eepw.com.cn/article/275373.htm PN结原理],电子产品世界网，2015-06-08</ref>
 
=='''主要特性'''==
[[File:王振耀.jpg|缩略图|居中|250px|[http://pic8.nipic.com/20100621/2163148_003328533247_2.jpg 原图链接][http://www.nipic.com/show/3317755.html 图片来源于呢图网]]]
===单向导电性===
PN 1、PN 结 是由一个N型掺杂区和一个P型掺杂区紧密接触所构成的，其接触界面称为冶金结界面。 [3] 加正向电压时导通
在一块完整 如果电源 的 硅片上 正极接P区，负极接N区 ， 用不同 外加 的 掺杂工艺使其 正向电压有一部分降落在PN结区，PN结处于正向偏置。电流便从P型 一边 形成N 流向N 型 半导体，另 一边 形成P型半导体 ， 我们称两种半导体的交 空穴和电子都向 界面 附近 运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流 的 区域为PN 影响，PN 结 呈现低阻性 。
在P型半导体和N型半导体 2、PN 结 合后，由于N型区内自由 加反向 电 子为多子，空穴几乎为零称为少子，而P型区内空穴为多子，自由电子为少子，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差。由于自由电子和空穴浓度差的原因，有一些电子从N型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。它们扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子，N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。开路中半导体中的离子不能任意移动，因此不参与导电。这些不能移动的带电粒子在P和N区交界面附近，形成了一个空间电荷区，空间电荷区的薄厚和掺杂物浓度有关。压时截止
在空间 如果 电 荷 源的正极接N区，负极接P 区 形成后 ， 由 外加的反向电压有一部分降落在PN结区，PN结处 于 正负 反向偏置。则空穴和 电 荷之间 子都向远离界面 的 相互作用 方向运动 ， 在 使 空间电荷区 形成了内 变宽， 电 场 流不能流过 ， 其 方向 是从带正 与PN结内 电 的N区指 场方 向 带负 相同，加强了内 电 的P区 场 。 显然，这个 内 电场 的方向与载流 对多 子扩散运动的 方向相反 阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流 ， 阻止 可忽略 扩散 电流，PN结呈现高阻性 。
另 在 一 方面 定的温度条件下 ， 这个电场将使N区 由本征激发决定 的少 数载流 子 空穴向P区漂移 浓度是一定的 ， 使P区的 故 少 数载流 子 电子向N区 形成的 漂移 电流是恒定的 ， 漂移运动的方向正好 基本上 与 扩散运动的方 所加反 向 相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的 电 子补充了原来交界面上N区所失去 压 的 电子 大小无关 ，这 就使空间 个 电 荷减少，内 流也称为反向饱和 电 场减弱。因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，扩散运动加强 流 。
最后 PN结加正向电压时，呈现低电阻 ， 多子 具有较大 的 正向 扩散 和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的 电流；PN 结 合面两侧 加反向电压时 ， 留下离子薄层 呈现高电阻 ， 这个离子薄层形成 具有很小 的 空间 反向漂移 电 荷区称为PN 流。由此可以得出 结 。PN 论：PN 结 的内电场方 具有单 向 由N区指向P区。在空间 导 电 荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层 性 。 [4]
==''' =伏安特性===[[File:20140319111103-1342520003.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=PN%E7%BB%93&src=tab_www&correct=PN%E7%BB%93&ancestor=list&cmsid=a03f828b65deefeb715f118a8c7be0bd&cmran=0&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=12&fsn=83&adstar=0&clw=246#id=0ceb43647fd3336ba1782e783a8142f2&currsn=0&ps=62&pc=62 原图链接][https://baike.sogou.com/v6732543.htm 图片来源于搜狗网]]]PN结的伏安特性（外特性）直观形象地表示了PN结的 单向导电性'''==。
从PN结的形成原理可以看出，要想让PN结导通形成电流，必须消除其空间电荷区的内部电场的阻力。很显然，给它加一个反方向的更大的电场，即P区接外加电源的正极，N区接负极，就可以抵消其内部自建电场，使载流子可以继续运动，从而形成线 伏安特 性的 正向电流。表达式为：
而 式中iD为通过PN结的电流，vD为PN结两端的 外加 反向 电压 则相 ，VT为温度的电压 当 于内建电场的阻 量，，其中k为波耳兹曼常数（1.38×10-23J/K），T为热 力 更大，PN结不能导通 学温度 ， 仅有极微弱的 即绝对温度（300K），q为电子电荷（1.6×10-19C）。在常温下，VT≈26mV。Is为 反向 饱和 电流 （由少数载流子 ，对于分立器件，其典型值为10-8~10-14A 的 漂移运动形 范围内。集 成 电路中二极管PN结 ， 因少子数量有限，电流饱和） 其Is值则更小 。
当反向电压增大至某一数值 当vD>>0，且vD>VT 时， 因少子的数量和能量都增大 ；当vD<0 ， 会碰撞破坏内部的共价键，使原来被束缚的电子和空穴被释放出来，不断增大电流，最终PN结将被击穿（变为导体）损坏，反向电流急剧增大 且时，iD≈–IS≈0 。
=='''作用介绍'''==
[[File:王振耀.jpg|缩略图|居中|250px|[http://pic8.nipic.com/20100621/2163148_003328533247_2.jpg 原图链接][http://www.nipic.com/show/3317755.html 图片来源于呢图网]]]
根据PN结的材料、掺杂分布、 几何结构和偏置条件的不同，利用其基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。
=='''制造工艺'''==
[[File:王振耀.jpg|缩略图|居中|250px|[http://pic8.nipic.com/20100621/2163148_003328533247_2.jpg 原图链接][http://www.nipic.com/show/3317755.html 图片来源于呢图网]]]
PN结是构成各种半导体器件的基础。制造PN结的方法有：合金法、扩散法、离子注入法、外延生长法，制造异质结通常采用外延生长法。
2、齐纳击穿
[[File:王振耀.jpg|缩略图|居中|250px|[http://pic8.nipic.com/20100621/2163148_003328533247_2.jpg 原图链接][http://www.nipic.com/show/3317755.html 图片来源于呢图网]]]
当PN结两边掺杂浓度很高时，阻挡层很薄，不易产生碰撞电离，但当加不大的反向电压时，阻挡层中的电场很强，足以把中性原子中的价电子直接从共价键中拉出来，产生新的自由电子—空穴对，这个过程 称为场致激发。一般击穿电压在6V以下是齐纳击穿，在6V以上是雪崩击穿。
安然
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取自 "https://pediainside.com/wiki/Special:移动版差异/820036"