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一個簡單的P—N結具有單嚮導電的特性,半導體收音機正是利用這一特性來進行整流和檢波的。半導體二極體就是根據這一原理製成的。

PN結結構PN結結構

 

 

 

1 PN結結構 -PN結(PNjunction)

一塊單晶半導體中,一部分摻有受主雜質是P型半導體,另一部分摻有施主雜質是N型半導體時,P型半導體和N型半導體的交界面附近的過渡區稱。PN結有同質結和異質結兩種。用同一種半導體材料製成的PN結叫同質結,由禁帶寬度不同的兩種半導體材料製成的PN結叫異質結。製造PN結的方法有合金法、擴散法、離子注入法和外延生長法等。製造異質結通常採用外延生長法。

P型半導體:由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的三價元素組成,會在半導體內部形成帶正電的空穴;
N型半導體:由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的五價元素組成,會在半導體內部形成帶負電的自由電子。
在P型半導體中有許多帶正電荷的空穴和帶負電荷的電離雜質。在電場的作用下,空穴是可以移動的,而電離雜質(離子)是固定不動的。N型半導體中有許多可動的負電子和固定的正離子。當P型和N型半導體接觸時,在界面附近空穴從P型半導體向N型半導體擴散,電子從N型半導體向P型半導體擴散。空穴和電子相遇而複合,載流子消失。因此在界面附近的結區中有一段距離缺少載流子,卻有分佈在空間的帶電的固定離子,稱為空間電荷區。P型半導體一邊的空間電荷是負離子,N型半導體一邊的空間電荷是正離子。正負離子在界面附近產生電場,這電場阻止載流子進一步擴散,達到平衡。

在PN結上外加一電壓,如果P型一邊接正極,N型一邊接負極,電流便從P型一邊流向N型一邊,空穴和電子都向界
面運動,使空間電荷區變窄,甚至消失,電流可以順利通過。如果N型一邊接外加電壓的正極,P型一邊接負極,則空穴和電子都向遠離界面的方向運動,使空間電荷區變寬,電流不能流過。這就是PN結的單嚮導性。

PN結加反向電壓時,空間電荷區變寬,區中電場增強。反向電壓增大到一定程度時,反向電流將突然增大。如果外電路不能限制電流,則電流會大到將PN結燒毀。反向電流突然增大時的電壓稱擊穿電壓。基本的擊穿機構有兩種,即隧道擊穿和雪崩擊穿。PN結加反向電壓時,空間電荷區中的正負電荷構成一個電容性的器件。它的電容量隨外加電壓改變。

根據PN結的材料、摻雜分佈、幾何結構和偏置條件的不同,利用其基本特性可以製造多種功能的晶體二極體。如利用PN結單嚮導電性可以製作整流二極體、檢波二極體和開關二極體,利用擊穿特性製作穩壓二極體和雪崩二極體;利用高摻雜PN結隧道效應製作隧道二極體;利用結電容隨外電壓變化效應製作變容二極體。使半導體的光電效應與PN結相結合還可以製作多種光電器件。如利用前向偏置異質結的載流子注入與複合可以製造半導體激光二極體與半導體發光二極體;利用光輻射對PN結反向電流的調製作用可以製成光電探測器;利用光生伏特效應可製成太陽電池。此外,利用兩個PN結之間的相互作用可以產生放大,振蕩等多種電子功能。PN結是構成雙極型晶體管和場效應晶體管的核心,是現代電子技術的基礎。在二級管中廣泛應用。

2 PN結結構 -PN結的平衡態

,是指PN結內的溫度均勻、穩定,沒有外加電場、外加磁場、光照和輻射等外界因素的作用,宏觀上達到穩定的平衡狀態.
 

3 PN結結構 - PN結的工作原理

PN結的形成
在一塊本徵半導體的兩側通過擴散不同的雜質,分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結合面上形成如下物理過程:
  因濃度差
  多子的擴散運動;由雜質離子形成空間電荷區
  空間電荷區形成形成內電場
  內電場促使少子漂移內電場阻止多子擴散
最後,多子的擴散和少子的漂移達到動態平衡。在P型半導體和N型半導體的結合面兩側,留下離子薄層,這個離子薄層形成的空間電荷區稱為PN結。PN結的內電場方向由N區指向P區。在空間電荷區,由於缺少多子,所以也稱耗盡層。

4 PN結結構 -參考資料

1.http://www.elecfans.com/article/88/171/2008/2008083011931.html PN結工作原理
2.http://www.elecfans.com/article/88/143/2006/200604152176.html PN結及半導體基礎知識
3.《晶體管原理與設計》(第二版) 陳星弼,張慶中 編著

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