特性概述
从PN结的形成原理可以看出，要想让PN结导通形成电流，必须消除其空间电荷区的内部电场的阻力。很显然，给它加一个反方向的更大的电场，即P区接外加电源的正极，N区结负极，就可以抵消其内部自建电场，使载流子可以继续运动，从而形成线性的正向电流。而外加反向电压则相当于内建电场的阻力更大，PN结不能导通，仅有极微弱的反向电流（由少数载流子的漂移运动形成，因少子数量有限，电流饱和）。当反向电压增大至某一数值时，因少子的数量和能量都增大，会碰撞破坏内部的共价键，使原来被束缚的电子和空穴被释放出来，不断增大电流，最终PN结将被击穿（变为导体）损坏，反向电流急剧增大。
PN结名片图
这就是PN结的特性（单向导通、反向饱和漏电或击穿导体），也是晶体管和集成电路最基础、最重要的物理原理，所有以晶体管为基础的复杂电路的分析都离不开它。比如二极管就是基于PN结的单向导通原理工作的；而一个PNP结构则可以形成一个三极管，里面包含了两个PN结。二极管和三极管都是电子电路里面最基本的元件。
反向击穿性
PN结加
反向电压时，
空间电荷区变宽，区中
电场增强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制
电流，则电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称
击穿电压。基本的击穿机构有两种，即
隧道击穿（也叫
齐纳击穿）和
雪崩击穿，前者击穿电压小于6V，有负的温度系数，后者击穿电压大于6V，有正的温度系数。
雪崩击穿：阻挡层中的
载流子漂移速度随内部电场的增强而相应加快到一定程度时，其动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子—空穴对，新产生的载流子在强电场作用下，再去碰撞其它中性原子，又产生新的自由电子—空穴对，如此连锁反应，使阻挡层中的载流子数量急剧增加，象雪崩一样。雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN结中，阻挡层宽，碰撞电离的机会较多，雪崩击穿的击穿电压高。
齐纳击穿：齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的PN结内。由于掺杂浓度很高，PN结很窄，这样即使施加较小的反向电压（5V以下），结层中的电场却很强（可达2.5×10
5V/m左右）。在强电场作用下，会强行促使PN结内原子的价电子从共价键中拉出来，形成"电子一空穴对"，从而产生大量的载流子。它们在反向电压的作用下，形成很大的反向电流，出现了击穿。显然，齐纳击穿的物理本质是场致电离。
采取适当的掺杂工艺，将硅PN结的雪崩击穿电压可控制在8～1000V。而齐纳击穿电压低于5V。在5～8V之间两种击穿可能同时发生。
热电击穿：当pn结施加反向电压时，流过pn结的反向电流要引起热损耗。反向电压逐渐增大时，对于一定的反向电流所损耗的功率也增大，这将产生大量热量。如果没有良好的散热条件使这些热能及时传递出去，则将引起结温上升。这种由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击穿。
击穿电压的温度特性：温度升高后，晶格振动加剧，致使载流子运动的平 均自由路程缩短，碰撞前动能减小，必须加大反向电压才能发生雪崩击穿具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。
单向导电性
（1）PN结
加正向电压时导通
PN结加正向电压时导通
如果电源的正极接P区，负极接N区，外加的正向电压有一部分降落在PN结区，PN结处于
正向偏置。电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过，方向与PN结内
电场方向相反，削弱了内电场。于是，内
电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于
漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
（2）PN结
加反向电压时截止
PN结加反向电压时截止
如果电源的正极接N区，负极接P区，外加的反向电压有一部分降落在PN结区，PN结处于反向偏置。则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过，方向与PN结内
电场方向相同，加强了内
电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的
少子在内电场作用下形成的
漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结
呈现高阻性。
在一定的温度条件下，由
本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的
漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为
反向饱和电流。
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向
漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
伏安特性
PN结的伏安特性（外特性）如图所示，它直观形象地表示了PN结的单向导电性。
PN结伏安特性曲线
式中
i
D为通过PN结的电流，
v
D为PN结两端的外加电压，
VT为温度的电压当量，
，其中k为波耳兹曼常数（1.38×10
-23J/K），T为
热力学温度，即绝对温度（300K），
q为电子电荷（1.6×10C）。在常温下，
VT ≈26mV。
I
s为反向饱和电流，对于分立器件，其典型值为10
-8~10
-14A的范围内。集成电路中二极管PN结，其
I
s值则更小。
当
v
D<0，且
时，
i
D≈–
I
S≈0。
电容特性
PN结加
反向电压时，空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件。它的电容量随外加电压改变，主要有势垒电容（CB）和扩散电容（CD）。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。
势垒电容：势垒电容是由
空间电荷区的
离子薄层形成的。当外加
电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的
电荷量也随之变化。势垒区类似平板电容器，其交界两侧存储着数值相等极性相反的离子电荷，电荷量随外加电压而变化，称为势垒电容，用C
B表示，其值为：
。在PN结反偏时结电阻很大，
C
B的作用不能忽视，特别是在高频时，它对电路有较大的影响。C
B不是恒值，而是随V而变化，利用该特性可制作变容二极管。
PN结有突变结和缓变结，现考虑突变结情况，PN结相当于
平板电容器，虽然外加电场会使势垒区变宽或变窄 但这个变化比较小可以忽略，则
，已知动态平衡下阻挡层的宽度L
0，代入上式可得：
。
扩散电容示意图
扩散电容：PN结正向导电时，多子扩散到对方区域后，在PN结边界上积累，并有一定的浓度分布。积累的电荷量随外加电压的变化而变化，当PN结正向电压加大时，正向电流随着加大，这就要求有更多的载流子积累起来以满足电流加大的要求；而当正向电压减小时，正向电流减小，积累在P区的电子或N区的空穴就要相对减小，这样，当外加电压变化时，有载流子向PN结“充入”和“放出”。PN结的扩散电容
C
D描述了积累在P区的电子或N区的空穴随外加电压的变化的电容效应。
因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子
浓度梯度分布曲线。反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的
浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图如右图所示。
C
D是非线性电容，PN结正偏时，
C
D较大，反偏时载流子数目很少，因此反偏时扩散电容数值很小。一般可以忽略。
PN结电容：PN结的总电容C
j为C
T和C
D两者之和C
j = C
T+C
D ，外加正向电 压C
D很大， C
j以扩散电容为主（几十pF到几千pF） ，外加反向电压CD趋于零，C
j以势垒电容为主（几pF到几十pF到）。
