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1、PN結(jié)在正向電壓下電流很大，在反向電壓下電流很小，這說明PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，可作為二極管使用。2.2PN結(jié)的直流電流電壓方程PN結(jié)二極管的直流電流電壓特性曲線，及二極管在電路中的符號為本節(jié)的重點1、中性區(qū)與耗盡區(qū)邊界處的少子濃度與外加電壓的關(guān)系。這稱為“結(jié)定律”，并將被用做求解擴散方程的邊界條件；2、PN結(jié)兩側(cè)中性區(qū)內(nèi)的少子濃度分布和少子擴散電流；3、PN結(jié)的勢壘區(qū)產(chǎn)生復(fù)合電流P區(qū)N區(qū)xn-xp平衡PN結(jié)的能帶圖N區(qū)P區(qū)面積為Vbi2.2.1外加電壓時載流子的運動情況外加正向電壓V后，PN結(jié)勢壘高度由
2、qVbi降為q(Vbi-V)，xd與減小，PNx0平衡時外加正向電壓時外加電場內(nèi)建電場面積為Vbi-V使擴散電流大于漂移電流，形成正向電流。勢壘高度的降低不能再阻礙N區(qū)電子向P區(qū)的擴散及P區(qū)空穴向N區(qū)的擴散，于是形成正向電流。由于正向電流的電荷來源是多子，所以正向電流很大。VP區(qū)N區(qū)0正向電流密度由三部分組成：1、空穴擴散電流密度Jdp(在N區(qū)中推導）2、電子擴散電流密度Jdn(在P區(qū)中推導）3、勢壘區(qū)復(fù)合電流密度Jr(在勢壘區(qū)中推導）外加反向電壓V(V<0)后，PN結(jié)的勢壘高度由qVbi增高到q(Vb
3、i-V)，xd與都增大。PNx0平衡時外加反向電壓時外加電場內(nèi)建電場面積為Vbi-V面積為Vbi多子面臨的勢壘提高了，難以擴散到對方區(qū)域中去了，但是少子面臨的勢阱反向更深了，所以容易被反向電場拉入對方區(qū)域，從而形成反向電流。由于反向電流的電荷來源是少子，所以反向電流很小。VP區(qū)N區(qū)0反向電流密度也由三部分組成：1、空穴擴散電流密度Jdp2、電子擴散電流密度Jdn3、勢壘區(qū)產(chǎn)生電流密度Jg（Jg與Jr可統(tǒng)稱為Jgr)外加電壓V后，從而得：2.2.2勢壘區(qū)兩旁載流子濃度的玻爾茲曼分布可知平衡時在N型區(qū)與耗盡
4、區(qū)的邊界處即xn處的空穴濃度為根據(jù)平衡PN結(jié)內(nèi)建電勢Vbi的表達式上式說明：當PN結(jié)有外加電壓V時，中性區(qū)與耗盡區(qū)邊界處的少子濃度等于平衡時的少子濃度乘以exp(qV/kT)。以上兩式常被稱為“結(jié)定律”，對正、反向電壓均適用。但在正向時只適用于小注入。因此，在N型區(qū)與耗盡區(qū)的邊界處，即xn處，同理，在P型區(qū)與耗盡區(qū)的邊界處，即–xp處，（2-44）（2-45）2.2.3擴散電流求擴散電流的思路：首先確定少子濃度的邊界條件；結(jié)合邊界條件求解少子的擴散方程，得到中性區(qū)內(nèi)非平衡少子濃度分布；將少子濃度分布代入
5、略去漂移電流后的少子電流密度方程，即可得到少子擴散電流密度Jdp與Jdn。P區(qū)N區(qū)xn-xp假設(shè)中性區(qū)的長度遠大于少子擴散長度，則根據(jù)結(jié)定律可得少子濃度的邊界條件為對于非平衡少子，其邊界條件為1、少子濃度的邊界條件外加正向電壓且V>>kT/q(室溫下約為26mV)時，非平衡少子的邊界條件是外加反向電壓且
6、V
7、>>kT/q時，非平衡少子的邊界條件是直流情況下，又因，故可得由第一章的式（1-23），N區(qū)中的空穴擴散方程為式中，，稱為空穴的擴散長度，典型值為10?m。（1-23）2、中性區(qū)內(nèi)的非平衡少子濃度分
8、布P區(qū)內(nèi)的非平衡少子電子也有類似的分布，即當N區(qū)足夠長(>>Lp)時，利用?pn(x)的邊界條件可解出系數(shù)A、B，于是可得N區(qū)內(nèi)的非平衡少子空穴的分布為擴散方程的通解為外加正向電壓時PN結(jié)中的少子分布圖P區(qū)N區(qū)注入N區(qū)后的非平衡空穴，在N區(qū)中一邊擴散一邊復(fù)合，其濃度隨距離作指數(shù)式衰減。衰減的特征長度就是空穴的擴散長度Lp。每經(jīng)過一個Lp的長度，非平衡空穴濃度降為1/e。P區(qū)N區(qū)外加反向電壓時PN結(jié)中的少子分布圖N區(qū)中勢壘區(qū)附近的少子空穴全部被勢壘區(qū)中的強大電場拉向P區(qū)，所以空穴濃度在勢壘區(qū)邊界處最低，隨
9、距離作指數(shù)式增加，在足夠遠處恢復(fù)為平衡少子濃度。減少的空穴由N區(qū)內(nèi)部通過熱激發(fā)產(chǎn)生并擴散過來補充。假設(shè)中性區(qū)內(nèi)無電場，所以可略去空穴電流密度方程中的漂移分量，將上面求得的?pn(x)同理，P區(qū)內(nèi)的電子擴散電流密度為（2-52a）（2-52b）3、擴散電流代入空穴擴散電流密度方程，得N區(qū)內(nèi)的空穴擴散電流密度為PN結(jié)總的擴散電流密度Jd為當V=0時，Jd=0，當V>>kT/q時，當V<0且
10、V
11、>>kT/q時，Jd=-J0室溫下硅PN結(jié)的J0值約為10-10A/cm2的數(shù)量級。由于當V<0且
12、V
13、>>kT/
14、q后，反向電流達到飽和值I0，不再隨反向電壓而變化，因此稱I0為反向飽和電流。IVI00J0乘以PN結(jié)的結(jié)面積A，得4、反向飽和電流對J0的討論與材料種類的關(guān)系：EG↑，則ni↓，J0↓；與摻雜濃度的關(guān)系：ND、NA↑，則pn0、np0↓，J0↓，主要取決于低摻雜一側(cè)的雜質(zhì)濃度；與溫度T的關(guān)系：T↑，則ni↑，J0↑，因此J0具有正溫系數(shù)。這是影響PN結(jié)熱穩(wěn)定性的重要因素。2.2.4勢壘區(qū)產(chǎn)生復(fù)合電流由式（1-17），凈復(fù)合率U可表為已知在
