[硬件电路-221]:PN结的电阻率是变化的,由无穷大到极小,随着控制电压的变化而变化,不同的电场方向,电阻率的特征也不一样,这正是PN的最有价值的地方。
PN结的电阻率并非固定值,而是随工作状态、掺杂浓度及外加电压动态变化,其电阻率范围可从高阻态(反向偏置时,可达 106Ω⋅cm 以上)到低阻态(正向偏置时,可降至 1Ω⋅cm 以下)。以下是对PN结电阻率的详细分析:
一、PN结电阻率的动态特性
- 平衡状态(无外加电压)
- PN结处于高阻态,电阻率主要由空间电荷区(耗尽层)决定。
- 空间电荷区宽度为几微米至几十微米,载流子浓度极低,电阻率远高于P区和N区。
- 此时电阻值较高,但具体数值取决于掺杂浓度和材料特性。
- 正向偏置(导通状态)
- 外加电压削弱内建电场,空间电荷区变窄,载流子扩散运动增强。
- 电阻率显著降低,电流可顺利通过。例如,硅PN结正向压降为0.6~0.7V时,电阻率可降至 1Ω⋅cm 以下。
- 电阻值主要由欧姆接触电阻和体电阻决定,且随电流增大而略有上升(因体电阻分压效应)。
- 反向偏置(截止状态)
- 外加电压增强内建电场,空间电荷区变宽,载流子扩散运动受阻。
- 电阻率极高,仅有微安级反向饱和电流通过。此时PN结呈高阻态,电阻率可达 10^6Ω⋅cm 以上(1M欧以上)。
- 若反向电压超过击穿电压(如齐纳击穿或雪崩击穿),电阻率会急剧下降。
U = I * R + B.
因为电阻率(斜率)很小,非常非常小,接近于0,因此,电流的快速增长,对压降虽然也有所增长,但压降增长非常缓慢!!!
PN结导通的过程,就是电压逐渐增加(0-》0.7V), 电阻率有无穷趋向非常小(小于1欧).
这就是PN二极管的特性!!!
二、影响PN结电阻率的关键因素
三、PN结电阻率的实际应用
- 二极管
- 正向偏置时,电阻率极低,用于整流、限幅等电路。
- 反向偏置时,电阻率高,用于稳压(齐纳二极管)或保护电路(瞬态电压抑制二极管)。
- 太阳能电池
- PN结在光照下产生光生载流子,电阻率降低,形成光电流。
- 通过优化掺杂浓度和材料特性,可提高光电转换效率。
- 晶体管
- 基极-发射极PN结的电阻率控制基极电流,进而调节集电极电流,实现放大功能。
- 集电极-基极PN结的电阻率影响晶体管的击穿电压和最大工作频率。