事通達（深圳）電子有限公司2025-04-21

1. PN結(jié)的形成與勢壘區(qū)構(gòu)建 當P型半導體（空穴濃度高）與N型半導體（電子濃度高）通過擴散鍵合形成PN結(jié)時，界面處因濃度梯度發(fā)生載流子擴散運動： P區(qū)空穴向N區(qū)遷移，與N區(qū)自由電子復合湮滅，留下帶負電的受主雜質(zhì)離子（如硼原子）； N區(qū)電子向P區(qū)擴散，填補P區(qū)空穴并留下帶正電的施主雜質(zhì)離子（如磷原子）。 該過程持續(xù)至擴散電流與漂移電流（離子固定電荷產(chǎn)生的內(nèi)建電場驅(qū)動載流子反向運動）達到動態(tài)平衡，此時界面兩側(cè)形成空間電荷區(qū)（又稱耗盡層），產(chǎn)生約0.6~0.8V（硅基）的內(nèi)建電勢差，形成阻止載流子進一步擴散的電勢壘。 2. 正向偏置下的載流子“突圍”機制 當P區(qū)接電源正極（正向偏置）時，外加電場與內(nèi)建電場方向相反，勢壘區(qū)被壓縮至納米級： 空穴注入：P區(qū)空穴獲得電場勢能，越過勢壘進入N區(qū)，成為非平衡少數(shù)載流子； 電子注入：N區(qū)電子在電場作用下進入P區(qū)，同樣形成非平衡少數(shù)載流子。 注入的載流子在擴散過程中與多數(shù)載流子復合發(fā)光（如LED）或形成擴散電流，電流隨電壓指數(shù)級增長（符合肖克萊方程），導通壓降主要由半導體材料帶隙能量決定（硅管約0.6~0.8V，鍺管約0.2~0.3V）。此過程類似“閘門開啟”，電流通過需克服勢壘能量。 3. 反向偏置下的載流子“枷鎖”效應 當N區(qū)接電源正極（反向偏置）時，外加電場增強內(nèi)建電場，勢壘區(qū)擴展至微米級： 熱激發(fā)載流子：有少數(shù)熱運動能量超過勢壘高度的載流子能越過勢壘，形成反向飽和電流（pA~nA級）； 復合抑制：N區(qū)注入的電子在進入P區(qū)后迅速與空穴復合，無法形成持續(xù)電流。 此時電流幾乎不隨電壓變化，類似“閘門緊閉”，有允許微量“漏電”。若反向電壓超過臨界值（擊穿電壓），強電場將加速載流子至碰撞晶格產(chǎn)生雪崩倍增效應（或直接拉出價帶電子形成齊納擊穿），導致電流急劇增大。 4. 關鍵影響因素與動態(tài)特性 材料特性：硅基二極管勢壘高度約0.7V，鍺基約0.3V，碳化硅（SiC）可達2~3V； 溫度效應：溫度每升高10℃，反向飽和電流翻倍（因本征載流子濃度指數(shù)級增長），正向壓降降低約2mV/℃； 頻率響應：高頻信號下，PN結(jié)的勢壘電容（約1~10pF）與擴散電容（與電流相關）導致相位延遲，限制開關速度（普通二極管約100kHz，肖特基二極管可達GHz級）。

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