混合半导体
2.载流子的扩散和漂移
开关特性-toc" style="margin-left:0px;">3、PN结的开关特性
4、温度对PN结的影响
5.齐纳击穿和雪崩击穿
参考资料：
上次写半导体已经很久了，上次分享了本征半导体的基本概念: 【电子微观】价带、导带、禁带、费米能级、载流子迁移…… - 知乎
今天，我想谈谈半导体行业的基础：PN结与二极管
混合半导体
本征半导体如果掺杂，可以得到P型半导体和N型半导体。如图1-1，P以空穴为大多数载流子数载流子，N以电子为多数载流子的型半导体。如果单纯的对掺杂半导体进行通电，我们会发现半导体的导电能力大大增强了（相对于本征半导体），在相同掺杂浓度的半导体中，N型半导体的导电性较强(电子迁移率约为空穴迁移率的3倍)。
图1-1 本征半导体与混合半导体
2.载流子的扩散和漂移
若将P型半导体与N型半导体结合在一起，则由于扩散运动，N型半导体中的电子会跑到P型半导体中，与空穴复合；P在N型半导体中，类型半导体的空穴与电子复合。此时，P型半导体附近的空轨被电子填充，形成负电粒子，N型半导体失去自由电子，形成正点粒子，扩散运动形成正负粒子构建的内电场。随着扩散深度的加强，内电场的场强正在增加。此时，进入电场的载流子加速：电子向电场方向移动，空穴沿电场方向移动，P型半导体获得空穴，N半导体获得电子，从而削弱内部电场的强度，形成负反馈。最终PN 如图2-1所示，结建场强度处于动态平衡之中。
在PN内部建筑电场区域乎没有自由移动的载流子，而正负粒子被晶格束缚，无法自由移动。该空间区称为空间电荷区，又称耗尽层，又称势垒区。在初学模拟电路的时候，我们经常会被这三个名词所困惑，这里我们不妨再看一下：空间电荷区是按照电荷特性划分的，该部分是不能自由移动的电荷；从电场的角度来看，内建电场阻碍了载流子的扩散，就像一堵墙一样，如果载流子要通过这个区域必须获得克服该势垒的能量；从载流子的角度来看，这里的电子和空穴进行了复合，好像附近的载流子被消耗了，所以也叫耗尽层。因此，空间电荷区 = 势垒区 = 耗尽层。
图2-1 PN结构及内建电场
3、PN结的开关特性
PN由于其单相导电性，结形成的耗尽层可以说是整个半导体工业的基础结构。如图3-1所示，如果我们在P型半导体中加入正电压，N负电压加上型半导体，P半导体电子被抽走，留下空穴；N电子补充型半导体。耗尽层复合外部电压提供的电子和空穴，减少空间电荷区，形成稳定的电流流。如图3-2所示，如果在P型半导体上增加负电压，N正电压加在型半导体上，P型半导体获得多余的电子；N型半导体电子被抽走，留下带正电的空穴，增加空间电荷区，增加内建场，阻碍电子漂移，PN保持截止状态。
图3-1 PN结的正导通
图3-2 PN结反向截止
4、温度对PN结的影响
在使用半导体设备时，经常会遇到一个概念，即该设备的参数（如等效阻抗、击穿电压）是正温度系数还是负温度系数。温度对半导体的特性有着至关重要的影响，那么在微观层面温度是如何影响PN结的呢? 一方面，温度的升高可以提高半导体的基本载流子刺激，在一定程度上提高载流子浓度，降低导电阻率；另一方面，温度升高导致晶格振动增强，载流子平均自由程缩短，载流子迁移率降低，电阻率增加。
由于工艺和应用场景不同，不同型号的二极管正向导压降呈正温度系数或负温度系数。如图4-1所示，两个相同的二极管并联。如果二极管特性如左图所示，二极管温度较高，二极管分流电流越大，温度越高，进一步加剧二极管分流，导致二极管承受大部分电流，可能导致二极管热故障；如果二极管特性如右图所示，在大电流条件下，正温度系数管压降可自动平行二极管，该特性的二极管满足并联使用条件。
图4-1 二极管正向导温度曲线
对于二极管的反向耐压性，温度降低意味着晶格振动减弱，载流子更容易通过势垒区漂移，形成反向击穿电流。随着温度的升高，二极管的反向耐压性降低。
5.齐纳击穿和雪崩击穿
假如我们用两个重掺杂的P型半导体和N型半导体制造二极管，那么载流子的浓度就会很高，PN结的耗尽层会很薄。此时，反向电压可以很容易地帮助载流子通过势垒区域获得一定的反向电流，称为齐纳击穿，称为齐纳二极管。如图5-1所示，进入反向击穿区（Reverse breakdown），电流迅速增加，电压保持不变，因此又称稳压二级管。
简单地说，使用高掺杂的半导体形成较薄的耗尽层，晶格和杂质离子在载流子迁移过程中对载流子的散射作用相对有限，可以忽略不计。载流子可以很容易地通过耗尽层，形成耗尽层的击穿。但这种击穿能量并不高，是一种可恢复的击穿。随着温度的升高，耗尽层中的载流子活性增强，击穿电压降低。在电路设计中需要注意漏电流的增加。
图5-1 齐纳二极管特性曲线
对于普通掺杂的二极管，同样温度的升高会增强耗尽层内载流子的活性，更容易受到刺激。然而，由于耗尽层的距离较远，需要通过更多的晶格，晶格的振动增强，载流子的平均自由程缩短，从而提高二极管的耐压性。通过势垒区，形成反向电流，二极管反压后需要更多的能量来加速载流子。在加速电子过程中，由于电场强，其他接近电离的粒子在加速电子后很容易被轰击（想象中惊人地轰击台球），因此发生了雪崩效应。雪崩效应电离的载流越来越多，最终电流越来越大，形成击穿电流，烧毁二极管。
相比之下，齐纳击穿和雪崩击穿，如图5-2所示，雪崩击穿的曲线拐点较慢，而齐纳击穿的拐点较陡。并且先发生齐纳击穿，再发生雪崩击穿，雪崩击穿的能量远大于齐纳击穿的能量。
图5-2 齐纳击穿和雪崩击穿
参考资料：
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https://www.ednchina.com/news/5615.html
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https://zhuanlan.zhihu.com/p/77910253