PN結是什麼?PN結有什麼特徵?PN結的應用

2021-10-13 05:19:48 字數 2542 閱讀 5895

(pn結學習思維導圖)

在看接下來的內容之前,我們先看看本文的思維導圖。首先對pn結的定義及原理進行分析。了解原理之後,來分析學習它的特徵,有了原理特徵當然是要應用了。

是不是有點晦澀?學習就是要逐漸理解那些晦澀的定義,好了進入主題。我們首先拿出來一塊矽(鍺)片(本徵半導體),靈光一閃我們就在這個矽片上確定一塊區域,細緻的我們打算用刀片去除這區域表面的二氧化矽層,因為他會阻擋我們摻入雜質(p型和n型雜質即雜質半導體),想了想刀片太粗魯了,於是我們使用腐蝕(fǔ shí)劑。去除表面的二氧化矽之後在1000攝氏度的高溫下,將其放在p(n)型雜質氣體中,氣體中的雜質就會向矽片上擴散形成了p型半導體,使用同樣的方法摻雜另外一種雜質。在摻雜完成之後,在p型半導體和n型半導體之間,成的一塊區域就是我們所說的pn結。

(**於網路)

摻雜半導體是什麼?

p型半導體

在矽晶體中摻雜少量硼元素(或銦元素)(即我們之前提到的在

pn結只製作過程中所摻雜的雜質氣體),稱為

p型半導體,

n型半導體

在矽晶體中摻雜少量磷元素

(或銻元素

)(即我們之前提到的在

pn結只製作過程中所摻雜的雜質氣體),稱為

p型半導體,

pn結是怎樣形成的?

什麼是空穴?什麼是多子什麼是少子?什麼是施主原子?什麼是受主原子?

在p型半導體中,硼原子的最外面有三個電子,而矽原子外部有4個電子,當硼摻雜入矽中以後就會形成三個共價鍵,但是硼有4個電子卻少了乙個電子來形成共價鍵。比如有兩個班級乙個是彭老師的班級,另乙個是矽老師的班級,我們簡稱硼班和矽班,現在硼班3個同學沒有座位,矽班可以給硼班4個座位,但是分配完多出了乙個位置,這個空出來的座位就被稱為空穴。這時候多出來的這個座位(空穴)就被稱為多子,多出座位缺少了學生(電子),所以這個學生就被稱為少子。這裡的矽班是把自己座位給了硼班,所以矽被稱為施主原子,硼被稱為受主原子。

在n型半導體中,磷原子最外面有5個電子,而矽原子外部有4個電子,當磷摻雜入矽中以後就會形成4個共價鍵,但是磷原子多出了乙個電子。好比現在我們讓磷班和矽班合併,矽班還是需要四個學生來組合同桌,但是磷班給了5個同學,組合完同桌之後,發現多出來乙個同學在那站著也沒有座位。這時候多出來的這個同學(自由電子)就被稱為多子,缺少的座位(空穴)被稱為少子。這裡的磷班是把自己的學生給了矽班,所以硼老師也被稱為施主原子(硼原子),矽班被稱為受主原子(矽原子)

下面我們就可以說pn結是怎樣形成的了,n區和p區挨的很近。n區域自由電子多空穴少,p區域空穴多自由電子少。這時候交界處n區的自由電子就會像p區擴散,而p區的空穴會向n區擴散,在交界處就形成了空間電荷區。這時候n區少了自由電子,本來平衡的電中性就會被打破,而帶正電,而p區域少了空穴因此帶負電,這時就會產生乙個內電場,即從n到p的正向電壓,我們知道之前電子是從n像p擴散的,但是現在正向電壓也是從n向p,所以勢必會阻止自由電子向p擴散(規定自由電子的流動方向與電壓方向相反)。阻止的過程n的空穴流向p,p的自由電子流向n,這樣內電場減小,之前的擴散運動又加強了,反反覆覆最終達到平衡。

(**於網路)

概述pn結穩定之後,要想實現電流的流動必須外部施加電壓,打破內部的平衡,從而達到目的。

pn結的反向擊穿性是什麼?

在n端接正向電壓,p端接負極,這樣電壓從n到p與內電場的方向一致,內電場增強,自由電子不斷向n區域流動,空間電荷區不斷變寬,如果不做限流處理最終將導致無法承受大量的自由電子湧入最終pn結燒毀。

pn結的單向導電性是什麼?

當p接正n接負時,內電場減小,空間電荷區由於自由電子不斷從n向p擴散,空穴從p向n擴散變窄,最終自由電子進入p區不斷流出,空穴進入n區不斷流出,即導通。反之,如果n正p負,空間電荷區越來越大,越大n的自由電子和p的空穴越相互擴散,而由於外部施加了電壓內電場也在增大,兩個方向的電流相互對抗,不分彼此時不能導通,一旦外部電流過大就反向擊穿了pn結。

pn結的伏安特性是什麼?

伏安特性的表示式為:

id——通過pn結的電流

vd——pn結兩端的外加電壓

vt——溫度的電壓當量,vt=kt/q=t/11600 = 0.026v,其中k為波耳茲曼常數(1.38×10–23j/k),t為熱力學溫度,即絕對溫度(300k),q為電荷(1.6×10–19c)。在常溫下,vt≈26mv。

e——自然對數的底

is——反向飽和電流,對於分立器件,其典型值為10-8~10-14a的範圍內。中pn結,其is值則更小.

當vd>;>;0,且vd>vt時,;

當vd<0,且時,id≈–is≈0。

由此可看出pn結的單向導電性

pn結的電容特性是什麼?

兩個相互靠近的導體,中間夾一層不導電的絕緣介質,這就構成了電容器。當加反電壓時p區、空間電荷區、n區就形成了乙個電容器。施加電壓的大小會影響空間電荷區的寬窄,因此電壓的大小會影響電容的大小。

利用單向導電性,我們可以作為防止電流反向流動使用,因為反向電壓擊穿後電壓不變所以做穩壓二極體使用,根據電容特性可以做變容二極體使用。

關於PN結

一直以來,我對pn的形成中的幾個細節耿耿於懷。最近和乙個小夥伴討論後,更加深了認識。對於半導體而言,載流子的概念讓人感到迷糊。對於n型半導體,比如在si基里摻雜p原子,此時p原子外層有9個電子,其中的1個就會比較自由,可以移動,這很好理解。而p型半導體就不怎麼好理解,摻入了b原子後,由於除了4個共價...

PN結講解

可能大家在使用半導體器件的時候只是在使用它的電氣屬性,並沒有很好的關心下它是什麼原因才有了這樣的電氣屬性,那麼我們本篇就從物理結構分析下pn結吧。首先看一張比較陳舊的圖圖 1.怎樣選取母體 基片 答 我們在選取襯底時首先選取電中性的,在元素週期表中,外部電子數目處於4 c,si,ge,sn,pb 的...

PN結的理解

載流子是包括自由電子和空穴的。而空穴所謂的運動方向其實是對於自由電子來說的,與自由電子的方向相反。溫度的公升高會使載流子增加。回答 為了能夠控制導電性。當加入p後與其他的相比較會多出乙個電子,但這個電子很容易掙脫,形成自由電子所以n型半導體的多數載流子是自由電子少數載流子是空穴。回答 少了,因為多數...