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将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面上形成PN结。PN结具有单向导电性。
== PN结的形成 ==
*'''扩散运动'''：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为'''扩散运动'''。在P型半导体和N型半导体的交界面，两种载流子的浓度差很大。故P区的空穴向N区扩散，N区的自由电子向P区扩散。扩散到N区的空穴与N区的自由电子复合，扩散到P区的自由电子与P区的空穴复合，使得交界面附近的多子浓度下降。P区出现负离子区，N区出现正离子区，它们不能移动，称为'''空间电荷区'''，形成方向由N区指向P区的内电场。随着扩散运动的进行，内电场增强，阻止扩散运动的进行。
*'''漂移运动'''：载流子在电场力作用下的运动称为'''漂移运动'''。空间电荷区形成后，在内电场的作用下，自由电子向N区移动，空穴向P区移动。
在无外电场和其他激发作用下，参与扩散运动的多子数目与参与漂移运动的少子数目相等，达到动态平衡，形成PN结。此时，空间电荷区具有一定的宽度，电位差为<math>U_\mathrm{ho}</math>，电流为零。空间电荷区内，正、负电荷的电量相等。因此，当P区与N区杂质浓度相等时，负离子区与正离子区的宽度也相等，称为'''对称结'''；而当两边杂质浓度不同时，浓度高的一侧的离子区宽度低于浓度低的一侧，称为'''不对称PN结'''：两种结的外部特性是相同的。

绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴都非常少，在分析PN结特性时常忽略载流子的作用，而只考虑离子区的电荷，这种方法称为“耗尽层近似”，故也称空间电荷区为'''耗尽层'''。

== PN结的单向导电性 ==
在PN结两端外加电压会破坏原有的平衡状态，PN结中会有电流流过。当外加电压极性不同时，PN结会呈现出截然不同的导电性能，即呈现出单向导电性。
=== 正向电压 ===
将电源的正极接到PN结的P端，将电源的负极接到PN结的N端，称PN结外加'''正向电压'''。此时外电场使空间电荷区变窄，削弱了内电场，使扩散运动加剧，漂移运动减弱。由于电源的作用，扩散运动将源源不断地进行，从而形成正向电流，PN结导通。PN结导通时的结压降只有零点几伏，因而应在它所在的回路中串联一个电阻，以限制回路的电流，防止PN结因正向电流过大而损坏。

=== 反向电压 ===
将电源的正极接到PN结的N端，将电源的负级接到PN结的P端，称PN结外加'''反向电压'''。此时外电场使空间电荷区变宽，加强了内电场，阻止扩散运动的进行，而加剧了漂移运动的进行，形成反向电流，也称为'''漂移电流'''。因为少子的数目极少，即使所有的少子都参与漂移运动，反向电流也非常小，所以在近似分析中常将它忽略不计，认为PN结外加反向电压时处于截止状态。

== PN结的电流方程 ==
PN结所加端电压<math>u</math>与流过它的电流<math>i</math>的关系为</br><center><math>i=I_\mathrm s(e^\frac{qu}{kT}-1)</math></center></br>其中<math>I_\mathrm s</math>为'''反向饱和电流'''，<math>q</math>为电子的电量，<math>k</math>为玻尔兹曼常数，<math>T</math>为热力学温度，将上式中的<math>kT/q</math>用<math>U_\mathrm T</math>取代，则得：</br><center><math>i=I_\mathrm s(e^\frac{u}{U_\mathrm T}-1)</math></center></br>常温下，即<math>T=300\mathrm K</math>时，<math>U_\mathrm T\approx26\mathrm {mV}</math>，称<math>U_\mathrm T</math>为温度的电压当量。

== PN结的伏安特性 ==
当PN结外加正向电压，且<math>u\gg U_\mathrm T</math>时，<math>i\approx I_\mathrm Se^\frac{u}{U_\mathrm T}</math>，即i随u按指数规律变化；当PN结外加反向电压，且<math>\left\vert u \right\vert\gg U_\mathrm T</math>时，<math>i\approx -I_\mathrm S</math>。PN结<math>i</math>与<math>u</math>的关系称为PN结的'''伏安特性'''。其中<math>u>0</math>的部分称为'''正向特性'''，<math>u<0</math>的部分称为'''反向特性'''。

当反向电压超过一定数值<math>U_\mathrm{(BR)}</math>后，反向电流急剧增加，称之为'''反向击穿'''。

== PN结的电容效应 ==