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。

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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。

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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。

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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。