pn結的特性,PN結的擊穿特性,PN結的電容特性

當反向電壓增大到一定值時(shí)，PN結的反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增 加，這種現象稱(chēng)為PN結的擊穿，反向電流急劇增加時(shí)所對應的電壓稱(chēng)為反向擊穿電壓，如上圖所示， PN結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部電場(chǎng)的增強而相應加快到一定程度時(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—空穴對新產(chǎn)生的載流子在強電場(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，如此連鎖反應，使阻擋層中的載流子數量急
劇增加，象雪崩一樣。雪崩擊穿發(fā)生在摻雜濃度較低的PN結中，阻擋層寬，碰撞電離的機會(huì )較多，雪崩擊穿的擊穿電壓高。
2、齊納擊穿：當PN結兩邊摻雜濃度很高時(shí)，阻擋層很薄，不易產(chǎn)生碰撞電離，但當加不大的反向電壓時(shí)，阻擋層中的電場(chǎng)很強，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，這個(gè)過(guò)程 稱(chēng)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，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，具有負的溫度系數。6V左右兩種擊穿將會(huì )同時(shí)發(fā)生，擊穿
電壓的溫度系數趨于零。
4、穩壓二極管：PN結一旦擊穿后，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結就不會(huì )燒壞，利用這一特性可制成穩壓二極管，其電路符號及伏
安特性如上圖所示：其主要參數有： VZ 、 Izmin 、 Iz 、 Izmax

電壓才能發(fā)生雪崩擊穿具有正的溫度系數，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，具有負的溫度系數。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趨于零。

PN結的電容特性：
PN結除具有非線(xiàn)性電阻特性外，還具有非線(xiàn)性電容特性，主要有勢壘電容和擴散電容。
1、勢壘電容：勢壘區類(lèi)似平板電容器，其交界兩側存儲著(zhù)數值相等極性相反的離子電荷，電荷量隨外加電壓而變化，稱(chēng)為勢壘電容，用CT表示。
CT = - dQ/dV
PN結有突變結和緩變結，現考慮突變結情況（緩變結參見(jiàn)《晶體管原 理》），PN結相當于平板電容器，雖然外加電場(chǎng)會(huì )使勢壘區變寬或變窄 但這個(gè)變化比較小可以忽略，
則CT=εS/L，已知動(dòng)態(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容二極管。

2、 擴散電容：多子在擴散過(guò)程中越過(guò)PN結成為另一方的少子， 當PN結處于 平衡狀態(tài)（無(wú)外加電壓）時(shí)的少子稱(chēng)為平衡少子 可以認為阻擋層以外的區域內平衡少子濃度各處是一樣的，當PN結處于正向偏置時(shí)，N區的多子自由電子擴散到P區成為 P區的非平衡少子，由于濃度差異還會(huì )向P 區深處擴散，距交界面越遠，非平衡少子濃度越低，其分布曲線(xiàn)見(jiàn)[PN 結的伏 安特性]。當外加正向電壓增大時(shí)，濃度分布曲線(xiàn)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，中性區內的非平衡多子濃度也相應增加，這就是說(shuō)，當外加電壓增加時(shí)，P區和N區各自存儲的空穴和自由電子電荷量也增加，這種效應相當于在PN結上并聯(lián)一個(gè)電容，由于它是載流子擴散引起的，故稱(chēng)之為擴散電容CD，由半導體物理推導得 CD=（ I + Is）τp/VT推導過(guò)程參見(jiàn)《晶體管原理》。
當外加反向電壓時(shí) I = Is ， CD趨于零。

3、 PN結電容： PN結的總電容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以勢壘電容為主（幾pF到幾十pF到）。
4、變容二極管：PN結反偏時(shí)，反向電流很小，近似開(kāi)路，因此是一個(gè)主要由勢壘電容構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容二極管，變容二極管在非線(xiàn)性電路中應用較廣泛， 如壓控振蕩器、頻率調制等。