PN结加反向电压引起反向电流增大的主要原因是什么?

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PN结加反向电压引起反向电流增大的主要原因是什么?

PN结是一种极其重要的电子器件,其作用在于可以控制电流的流动方向及大小。在PN结中,当外加正向电压时,电子从N区向P区扩散,空穴从P区向N区扩散,形成电流;而当外加反向电压时,电子从P区向N区扩散,空穴从N区向P区扩散,形成的电流极小。但是,在某些情况下,反向电压值过大,就会引起反向电流的急剧增加。这是为什么呢?其主要原因如下:

PN结的禁带宽度

PN结是由P型半导体和N型半导体通过扩散、熔合等方式制成的一种结构,两种半导体材料之间会产生一个被称为“势垒”的空隙,禁止电子和空穴通过。势垒的高度可以通过PN结的材料种类和摆放方式来调节。在正向电压作用下,势垒高度降低,电子和空穴就可以穿过势垒,形成电流;而在反向电压作用下,势垒高度增加,势垒的宽度也增加,电子和空穴就被阻挡在势垒边缘,不能通过。但是,当反向电压值过大时,会使得势垒的宽度减小,这样即使在反向电压下,电子和空穴也能够跨越势垒,形成反向电流。

载流子的散射

当反向电压过大时,少量的载流子越过了势垒,进入P和N区的反向区域内。在反向区域内,这些电子和空穴会与杨杨离子碰撞,产生散射。散射作用产生了新的能量级别,使得这些载流子的能量增加。当然,增加能量也会导致这些载流子更容易突破势垒,进一步形成反向电流。

PN结表面的缺陷

PN结表面的缺陷也是导致反向电流增加的原因之一。PN结的表面有势垒扩散电容和荷载载流子扩散电容两个电容器。当反向电压增加时,荷载扩散电容器的电压变小,这时候,载流子沿表面隧道逆向扩散而过,进入PN结的内部,形成大量的反向电流。

PN结区的温度

PN结区的温度升高会使载流子数量增加,因而反向电流也随之增加。当PN结区的温度过高时,载流子生成的速度非常大,这时反向电流就会快速增加,甚至会导致PN结损坏。

综上所述,当反向电压过大时,PN结会在多个方面受到影响,导致反向电流急剧增加。因此,在设计电路时,需要考虑反向电压的大小以及PN结结构的健康状态,避免反向电流过大,保证电路的正常工作。
 

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