pn結(jié)的特性,PN結(jié)的擊穿特性,PN結(jié)的電容特性

當(dāng)反向電壓增大到一定值時(shí)，PN結(jié)的反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增 加，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的擊穿，反向電流急劇增加時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓，如上圖所示， PN結(jié)的反向擊穿有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種。
1、雪崩擊穿：阻擋層中的載流子漂移速度隨內(nèi)部電場(chǎng)的增強(qiáng)而相應(yīng)加快到一定程度時(shí)，其動(dòng)能足以把束縛在共價(jià)鍵中的價(jià)電子碰撞出來(lái)，產(chǎn)生自由電 子—空穴對(duì)新產(chǎn)生的載流子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，再去碰撞其它中性原子，又產(chǎn)生新的自由電子—空穴對(duì)，如此連鎖反應(yīng)，使阻擋層中的載流子數(shù)量急
劇增加，象雪崩一樣。雪崩擊穿發(fā)生在摻雜濃度較低的PN結(jié)中，阻擋層寬，碰撞電離的機(jī)會(huì)較多，雪崩擊穿的擊穿電壓高。
2、齊納擊穿：當(dāng)PN結(jié)兩邊摻雜濃度很高時(shí)，阻擋層很薄，不易產(chǎn)生碰撞電離，但當(dāng)加不大的反向電壓時(shí)，阻擋層中的電場(chǎng)很強(qiáng)，足以把中性原子中的價(jià)電子直接從共價(jià)鍵中拉出來(lái)，產(chǎn)生新的自由電子—空穴對(duì)，這個(gè)過(guò)程 稱為場(chǎng)致激發(fā)。
一般擊穿電壓在6V以下是齊納擊穿，在6V以上是雪崩擊穿。
3、擊穿電壓的溫度特性：溫度升高后，晶格振動(dòng)加劇，致使載流子運(yùn)動(dòng)的平 均自由路程縮短，碰撞前動(dòng)能減小，必須加大反向電壓才能發(fā)生雪崩擊穿具有正的溫度系數(shù)，但溫度升高，共價(jià)鍵中的價(jià)電子能量狀態(tài)高，從而齊納擊穿電壓隨溫度升高而降低，具有負(fù)的溫度系數(shù)。6V左右兩種擊穿將會(huì)同時(shí)發(fā)生，擊穿
電壓的溫度系數(shù)趨于零。
4、穩(wěn)壓二極管：PN結(jié)一旦擊穿后，盡管反向電流急劇變化，但其端電壓幾 乎不變（近似為V(BR)，只要限制它的反向電流，PN結(jié)就不會(huì)燒壞，利用這一特性可制成穩(wěn)壓二極管，其電路符號(hào)及伏
安特性如上圖所示：其主要參數(shù)有： VZ 、 Izmin 、 Iz 、 Izmax

電壓才能發(fā)生雪崩擊穿具有正的溫度系數(shù)，但溫度升高，共價(jià)鍵中的價(jià)電子能量狀態(tài)高，從而齊納擊穿電壓隨溫度升高而降低，具有負(fù)的溫度系數(shù)。6V左右兩種擊穿將會(huì)同時(shí)發(fā)生，擊穿電壓的溫度系數(shù)趨于零。

PN結(jié)的電容特性：
PN結(jié)除具有非線性電阻特性外，還具有非線性電容特性，主要有勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容。
1、勢(shì)壘電容：勢(shì)壘區(qū)類似平板電容器，其交界兩側(cè)存儲(chǔ)著數(shù)值相等極性相反的離子電荷，電荷量隨外加電壓而變化，稱為勢(shì)壘電容，用CT表示。
CT = - dQ/dV
PN結(jié)有突變結(jié)和緩變結(jié)，現(xiàn)考慮突變結(jié)情況（緩變結(jié)參見(jiàn)《晶體管原 理》），PN結(jié)相當(dāng)于平板電容器，雖然外加電場(chǎng)會(huì)使勢(shì)壘區(qū)變寬或變窄 但這個(gè)變化比較小可以忽略，
則CT=εS/L，已知?jiǎng)討B(tài)平衡下阻擋層的寬度L0，代入上式可得：

CT不是恒值，而是隨V而變化，利用該特性可制作變?nèi)荻O管。

2、 擴(kuò)散電容：多子在擴(kuò)散過(guò)程中越過(guò)PN結(jié)成為另一方的少子， 當(dāng)PN結(jié)處于 平衡狀態(tài)（無(wú)外加電壓）時(shí)的少子稱為平衡少子 可以認(rèn)為阻擋層以外的區(qū)域內(nèi)平衡少子濃度各處是一樣的，當(dāng)PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，N區(qū)的多子自由電子擴(kuò)散到P區(qū)成為 P區(qū)的非平衡少子，由于濃度差異還會(huì)向P 區(qū)深處擴(kuò)散，距交界面越遠(yuǎn)，非平衡少子濃度越低，其分布曲線見(jiàn)[PN 結(jié)的伏 安特性]。當(dāng)外加正向電壓增大時(shí)，濃度分布曲線上移，兩邊 非平 衡少子濃度增加即電荷量增加，為了維持電中性，中性區(qū)內(nèi)的非平衡多子濃度也相應(yīng)增加，這就是說(shuō)，當(dāng)外加電壓增加時(shí)，P區(qū)和N區(qū)各自存儲(chǔ)的空穴和自由電子電荷量也增加，這種效應(yīng)相當(dāng)于在PN結(jié)上并聯(lián)一個(gè)電容，由于它是載流子擴(kuò)散引起的，故稱之為擴(kuò)散電容CD，由半導(dǎo)體物理推導(dǎo)得 CD=（ I + Is）τp/VT推導(dǎo)過(guò)程參見(jiàn)《晶體管原理》。
當(dāng)外加反向電壓時(shí) I = Is ， CD趨于零。

3、 PN結(jié)電容： PN結(jié)的總電容Cj為CT和CD兩者之和Cj = CT+CD ，外加正向電 壓CD很大， Cj以擴(kuò)散電容為主（幾十pF到幾千pF） ，外加反向電壓CD趨于零，Cj以勢(shì)壘電容為主（幾pF到幾十pF到）。
4、變?nèi)荻O管：PN結(jié)反偏時(shí)，反向電流很小，近似開路，因此是一個(gè)主要由勢(shì)壘電容構(gòu)成的較理想的電容器件，且其增量電容值隨外加電壓而變化 利用該特性可制作變?nèi)荻O管，變?nèi)荻O管在非線性電路中應(yīng)用較廣泛， 如壓控振蕩器、頻率調(diào)制等。