小注入

形成PN结的工作条件

小注入（英语：low level injection）是形成PN结的一种工作条件。

简介

在N型半导体中，当注入半导体材料的非平衡电子（通过光照注入、电注入等方法引入的两种载流子——电子、空穴总是成对出现）的浓度小于平衡时导带中电子的浓度时，我们称这种方法为小注入。对于P型半导体，则需要比较非平衡空穴与平衡时的空穴的浓度。在小注入的情况下，多数载流子的复合率为线性。

PN结定义

一块半导体晶体一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，中间二者相连的接触面称为PN结（英语：pn junction）。PN结是电子技术中许多元件，例如半导体二极管、双极性晶体管的物质基础。

PN结的形成

采用一些特殊的工艺（见本条目后面的段落），可以将上述的P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起。在二者的接触面的位置形成一个PN结。

P型、N型半导体由于分别含有较高浓度的“空穴”和自由电子，存在浓度梯度，所以二者之间将产生扩散运动。即：

载流子经过扩散的过程后，扩散的自由电子和空穴相互结合，使得原有的N型半导体的自由电子浓度减少，同时原有P型半导体的空穴浓度也减少。在两种半导体中间位置形成一个由N型半导体指向P型半导体的电场，成为“内电场”。

性质

平衡状态（零偏置）

PN结在没有外加电压情况下，跨结形成了电势差导致了平衡状态。该电势差称为内在电势（built-in potential）。

PN结的n区的电子向p区扩散，留下了正电荷在n区。类似地，p型空穴从p区向n区扩散，留下了负电荷在p区。进入了p区的电子与空穴复合，进入了n区的空穴与电子复合。经效果是扩散到对方的多数载流子（自由电子与空穴）都耗尽了，结区只剩下不可移动的带电离子，失去了电中性变为带电，形成了耗尽层（space charge region）。

耗尽区的电场与电子与空穴的扩散过程相反，阻碍进一步扩散。耗尽层的多数载流子已经全部耗尽，留下的电荷密度等于净掺杂水平。当平衡达到时，电荷密度近似显示为阶梯函数，耗尽层与中立区的边界相当陡峭。耗尽层在PN结两侧有相同量的电荷，因此它向较少掺杂的一侧延展更远

正向偏置

若施加在P区的电压高于N区的电压，称为正向偏置（forward bias）。

在正向偏置电压的外电场作用下，N区的电子与P区的空穴被推向PN结。这降低了耗尽区的耗尽宽度。这降低了PN结的电势差（即内在电场）。随着正向电压的增加，耗尽区最终变得足够薄以至于内电场不足以反作用抑制多数载流子跨PN结的扩散运动，因而降低了PN结的电阻。跨过PN结注入p区的电子将扩散到附近的电中性区。所以PN结附近的电中性区的少数载流子的扩散量确定了二极管的正向电流。

仅有多数载流子能够在半导体材料中移动宏观距离。因而，注入p区的电子不能继续移动更远，而是很快与空穴复合。少数载流子在注入中性区后移动的平均距离称为扩散长度（diffusion length），典型是微米量级。

虽然跨过p-n结的电子在p-区只能穿透短距离，但正向电流不被打断，因为空穴（p-区的多数载流子）在外电场驱动下在向相反方向移动。从p-区跨越PN结注入n-区的空穴也具有类似性质。

反向偏置

若施加在N区的电压高于P区的电压，这种状态称为PN结反向偏置（reverse bias）。由于p区连接电源负极，多数载流子空穴被外电场拉向负极，因而耗尽层变厚。n区也发生类似变化。并且随反向偏置电压的增加，耗尽层的厚度增加。从而，多数载流子扩散过PN结的势垒增大，PN结的电阻变大，宏观看二极管成为绝缘体。

反向偏置时形成极其微弱的漂移电流，电流由N区流向P区，并且这个电流不随反向电压的增大而变化，称为“反向饱和电流”（reverse saturation current）。这是因为反向电流是由少数载流子跨PN结形成的，因此其“饱和”值取决于少数载流子的掺杂密度。由于反向饱和电流很小，PN结处于截止状态，所以外加反向电压时，PN结相当于断路。

当加在PN结上的反向电压超过一定数值时，PN结的电阻突然减小，反向电流急剧增大，这种现象称为击穿。电击穿击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿且都是可逆的。发生热击穿后，PN结不再具有单向导电性，导致二极管发生不可恢复的损坏。利用齐纳击穿制作的稳压二极管，称为齐纳二极管。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省