场效应管PN结的形成以及特性详细解析

场效应管PN结的形成和特性

众所周知,导电能力介于导体和绝缘体之间的物体,称之为半导体。它可分为本征半导体和杂质半导体两种。本征半导体就是纯净的半导体,不摻有任何杂质,它的导电能力很微弱。如果在本征半导体中掺人微量的其它物质(元素),半导体的导电性能会大大加强,这就是杂质半导体。

场效应管PN结的形成和特性，加到半导体里的杂质一般有两种类型:一种是施主杂质。把它加进半导体后,半导体中会产生许多可以自由运动的带负电的电子(称为多数载流子,此时整个半导体还是中性的,其正电部分不能运动),如图1-1(a)所示。

这类掺有施主杂质的半导体称为N型半导体。另一种是受主杂质。把它加进半导体后,半导体中会产生许多可以自由运动的带正电的空穴(称为多数载流子,同样,整个半导体还是中性的,其负电荷处于東缚状态,不能自由运动),如图1-1(b)所示。这类掺有受主杂质的半导体称为P型半导体。

场效应管PN结的形成和特性，如果用工艺的方法,把一块N型半导体和一块P型半导体结合在一起,这时,N型半导体中的多数载流子电子就要向P型半导体中渗透扩散。我们把这种多数载流子扩散运动所形成的电流叫做扩散电流,其方向与正电荷运动的方向相同,与负电荷运动的方向相反。结果,在结合面,N型半导体薄层A因一部分电子扩散到P区而带有正电，如图1-1(c)所示。

同样,P型半导体薄层B因一部分空穴扩散到N区而带有负电，如图1-1(d)所示。这样，在N型和P型两种不同类型半导体的交界面两侧就形成了带电薄层A和B(其中A带正电,B带负电)。薄层A. B间便产生了一个电场,如图1-2所示。

这个带电的薄层A和B,就叫做PN结,又叫做阻挡层。PN结形成后的电场方向是由N型区域指向P型区域的，它对P型区域的空穴(多数载流子)和N型区域的电子(多数载流子)的扩散起阻碍作用。但是，热运动产生的少数载流子，在电场

的作用下，却会越过PN结。该运动称为漂移运动。由漂移运动所形成的电流叫做漂移电流,其方向总是与扩散电流方向相反。

P型和N型结合的起初，由于多数载流子的扩散还不多，形成的电场还较小，它对扩散的阻力也较小。因而扩散运动占主要地位。然而，随着扩散的不断继续，阻挡层越来越厚，电场也就不断地增强，它对扩散的阻力也就愈大，以致扩散过去的多数载流子的数目减少。

与此同时，由于PN结形成的电场不断增强,电场所引起的漂移过PN结的少数载流子数目增加。发展到最后，由扩散运动穿过PN结的多数载流子与漂移运动越过PN结的少数载流子相对平衡。这时，扩散电流与漂移电流大小相等，方向相反，总电流为零，电场的大小就不再增加了,阻挡层的厚度也不再改变,载流子的运动达到相对稳定的状态，这就是PN结的动态平衡。

平时，PN结就处于这种动态平衡状态。如果我们在PN结上外加一个电压，那么PN结内部将发生什么变化呢?

当P型区域接到电池的正极，N型区域接到电池的负极时，漂移和扩散的动态平衡被破坏,在PN结中流过的电流很大(这种接法称为正向连接，也称为PN结正向偏置)。这时，电池在PN结中所产生的电场的方向恰好与PN结原来存在的电场方向相反,而且外加电场比PN结电场强，如图1-3(a)所示。

这两个电场叠加后的电场是由P型区域指向N型区域的。因此，PN结中原先存在的电场被削弱了,阻挡层的厚度减小了。P型区域的扩散空穴和N型区域的扩散电子在这个外加电场的作用下，不断地走向交界处，因而阻挡层的电阻大大降低，电流很容易通过。

随着外加正向电压的增大,PN结中外加电场的作用则变强，于是又进一-步抵消和减弱了PN结中原先存在的阻止多数载流子扩散的电场，所以正向电流将随着外加正向电压的增加而迅速上升。我们称PN结这种特性为正向导通特性。

当P型区域接电池负极，N型区域接电池正极时，在PN结中流过的电流很小(这种接法称为反向连接,也称为PN结反向偏置)。这时，外加电压在PN结中所产生的电场方向是由N型区域指向P型区域,即与原先在PN结中存在的电场方向是一致的,如图1-3(b)所示。这两个电场叠加的结果,加强了电场阻止多数载流子的扩散运动。

此时,阻挡层的厚度比原来增大了,原来漂移和扩散的动态平衡也被破坏了,漂移电流大于扩散电流,正是这个电流造成了反向漏电流.但因漂移电流是少子漂移运动形成的,漂移电流很小,即反向漏电流很小,一般为nA数量级。因此我们认为PN结反向是不通的,我们称PN结这种特性为反向截止特性。

综上所述，PN结正向导通，反向截止。PN结的这种性质叫做单向导电性。利用这个PN结,我们便可引出各种功能特性的半导体器件，如二极管、三极管、场效应管等。

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