如何讲授PN结的形成及特性

本文作者根据自己数年来的教学实践经验,结合教学内容,分析讨论如何在教学过程中使学生较好地理解并掌握PN结的形成过程及其特性,从而为学好电子电路课程打下坚实的基础。

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如何讲授 P N结的形成及特性 张涛 (贵阳学院物理与电子科学信息系，贵州贵阳 5 0 0 ) 5 0 7 摘要：文作者根据自己数年来的教学实践经验，本结合教学内容，析讨论如何在教学过程中使学生较好地理解并掌握 P分 N

结的形成过程及其特性，而为学好电子电路课程打下坚实的基础。从

关键词：学经验；N结；向偏置；向偏置；向导电性教 P反正单

众所周知，半导体器件是构成电子电路的基本元件，以要态。首先教师应给出方便学生理解和判断正向偏置和反向偏置所

一是学生易于理解，二是方便学生学好电子电路课程就必须具备半导体的基本知识。 N结是半导的定义。该定义应做到两点： P体器件的核心部分，也是学生在学习半导体基本知识过程中的判断。我们可以做如下定义：当外加电压的方向与内建电场的 为反向偏置，即外加反向电压；当外加电压的方向第一个难点和重点，一旦这个难点被突破，后面的很多难点都变方向相同时，

得容易理解。所以，理解并掌握 P N结的形成及其特性是至关重与内建电场的方向相反时，为正向偏置，即外加正向电压。学生要的。那么我们在教学中应该如何使学生尽快突破这个难点呢？根据这个定义不仅能很容易地判断出外加电压的极性，而且还 我认为可从以下几个方面来把握。

能知道 P N结的工作状态。例如所加电压与内建电场的方向相

() 1在介绍 P N结的形成时，会提到两种运动——扩散运动

同，此时内建电场得到加强，扩散运动被阻止，漂移运动得到加

和漂移运动。前者是由载流子浓度差引起的(时电子向 P区强，这形成反向电流。由于参与扩散运动的是多数载流子，与漂参

扩散，空穴向 N区扩散 )后者是在内建电场作用下所产生的。移运动的是少数载流子，, 而少数载流子的数目极少，即使所有的 扩散运动的结果是在 P N交界的两侧形成了空间电荷区 (也称少数载流子都参与漂移运动，反向电流也非常小，所以可认为势垒区)这个区域一边带正电荷，,另一边带负电荷，而且扩散越 P N结处于截止状态。若外加电压为正向，即与内建电场方向相强，空间电荷区越宽。介绍到这时，师应给学生强调两点：教一是整个半导体还是电中性的，因为空间电荷

区正负电荷的总量反，此时内建电场被削弱，扩散运动增强，漂移运动减弱。在电

源的作用下，扩散运动将源源不断地进行，从而形成正向电流，

彼此相等；二是由于物质结构的关系，这些电荷是不能任意移动 P N结导通。由此学生不难理解 P N结的单向导电性，发现 P N结 的，因此并不参与导电。出现了空间电荷区后，由于正负电荷之具有整流特性。在此有一个问题是很多教材上都没有明确说明间的相互作用，在电荷区中就形成了内建电场。内建电场的方的，而我在教学过程中，又总是有学生提出这个问题，当 P 即： N

向与扩散运动的方向相反，它将电子从 P区拉回，将空穴从 N结所加正向电压足够大时，否完全抵消内建电场？事实上无 能 区拉回，这就产生了漂移运动。漂移运动的结果使空间电荷区论所加正向电压有多大，都不能完全抵消内建电场，因为只要有

变窄，其作用正好与扩散运动相反。当达到平衡时，总的效果就扩散运动，就会产生空间电荷区，就会有电场产生，就会对扩散 是两种作用互相抵消，所以载流子的扩散运动与漂移运动是矛运动产生的正向电流有阻碍作用。

盾着的双方， N结就是这一矛盾的统一体。这两种运动的关系 P讲清楚后，学生就容易理解在动态平衡时，N结内没有净电流 P

() 3教师在介绍 P N结电流方程时，不必详细讨论其数学证明过程。P N结电流方程的证明很复杂，教师没有必要过分苛求

流动的现象。由于内建电场的存在，N区的电势比 P区高，这个学生理解，但是应该把这个方程介绍给学生，由有二：理一是方电势差称为内建电势差或结电压 (也叫接触电位 )一般只有零程本身的形式不复杂，,便于记忆；二是通过这个方程，学生可以点几伏。这里有一点值得提出的是国内很多教材都没有指出这了解 P N电流的情况，即其电流不仅与所加电压的方向、大小有个电势差能不能用电表测量出来。在教学中有学生问过我相关关，还与温度有关。这样就为后面学习和掌握二极管的伏安特

问题，实上，事这个电势差不能用电表测量出来，因为当用电表性做了铺垫。 测量时，在电表的探针和半导体之间会形成新的势垒，从而抵消 了内建电势差的效果。

() 4有关 P N结的电容效应的问题，教学的重点应放在让学生了解为什

么会存在电容效应，这种效应会不会对整流特性有

( )由于 P 2 N结的基本特性——单向导电性只有在外加电破坏作用。因为涉及工艺过程的不同，N结有突变结与缓变结 P压时才会显示出来，所以我们要讨论在外加电压下 P N结的状两种，两者的电容计算公式不同，而且比较复杂，由于半导体又作者简介：张涛，阳学院物理与电子科学信息系讲师，贵研究方向：电子技术、信号与系统等。 95

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