电子技术——PN结电流关系方程

电子技术——PN结电流关系方程

平衡状态下的PN结

平衡状态下的PN结界面总共有两种电流，一种为 扩散电流 另一种为 漂移电流 。两种电流形成的平衡区域称为 耗散区 。

在平衡状态扩散电流等于漂移电流，此时静电流为0，PN结外部没有电流：

图中 $I_D$ 为扩散电流， $I_S$ 为漂移电流。 $x_n$ 为耗散区 $n$ 区域长度， $-x_p$ 为耗散区 $p$ 区域长度， $W$ 为耗散区宽度。

$n_n$ 为 $n$ 区域主要载流子（电子）密度，等于掺杂浓度 $N_D$ ， $p_p$ 为 $p$ 区域主要载流子（空穴）密度，等于掺杂浓度 $N_A$ 。

$p_{n0}$ 为 $n$ 区域次要载流子（空穴）密度，满足 玻尔兹曼条件下的密度关系方程 $p_{n0}=\frac{n_i^2}{N_D}$ ， $n_{p0}$ 为 $p$ 区域次要载流子（电子）密度，满足 $n_{p0}=\frac{n_i^2}{N_A}$ 。 $n_i$ 为平衡次载流子密度（共价键断裂产生，与温度有关），平衡条件下有 $p_n=n_n=n_i$ 。

由于扩散区中理想下不存在任何载流子，只有 贡献原子 和 接受原子 存在，PN结界面两边存在不同的净电荷，因此扩散区将形成 势垒电压 $V_0$：

势垒电压阻止了PN结界面的浓度进一步扩散（电压与扩散方向相反），耗散区宽度处于恒定数值 $W$ ，因此PN结处于平衡状态。

外加偏置电压状态下的PN结

当PN结处于外加偏置电压 $V$ 下时，将会破坏PN结的平衡状态，此时PN结电流与外界电流一起处于 动态平衡 状态。

外界电流等于：

$$I=I_{}$$