PN结番外篇一——正反向电流和载流子浓度

发布网友发布时间：2024-10-08 16:59

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热心网友时间：2024-11-22 21:58

2020年3月4日，寒风中无星。有同学疑惑，为何PN结的正向电流与载流子浓度成反比？正向电流不是多子电流吗？载流子越多，电流不就越大吗？公式里的现象与直觉相悖，这里来一探究竟。

首先，PN结中的几个参数，如空穴扩散系数Dp和电子扩散系数Dn，以及扩散长度Lp和Ln，与材料相关而非载流子浓度。扩散系数与浓度无关，但扩散长度受浓度影响。

尽管公式不易给出直观感受，但让我们先从图像理解。看图1和图2，它们展示了正反向电压下的少子浓度分布。正向偏压下，N区边界少子浓度增加；反向偏压下，边界少子几乎为零。正向电流曲线与少子浓度分布有相似之处。

以N区空穴为例，考虑正向偏压下空穴的移动，如图2所示。电压电流曲线与少子浓度分布图息息相关：电压电流曲线的纵坐标投影即代表电流大小。正向电压下，电流随少子浓度增加而减小。

接下来，考虑多子浓度变化。若N区多子浓度ND增加，而保持正向偏压，如图3所示。N区少子浓度会下降，而P区的不变。内建电势和电场的变化导致势垒区边界变化，从而影响电流。N区浓度增加后，少子扩散到P区的电流密度减小，导致正向电流减小。

反向电压时，由于N区浓度增加，势垒区边界少子减少，反向饱和电流也会减少。同样，通过反向电压下的少子浓度分布图，可以直观看到电流的减小。

希望这次解释对大家有所帮助，如有疑问，可参考我的其他文章或书籍，如《微电子器件（第3版）》和《半导体器件物理（第3版）》。感谢关注微信公众号：芯路。