一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成晶體二極管的原理

1、一個(gè) PN 結(jié)構(gòu)成晶體二極管的原理一個(gè) PN 結(jié)構(gòu)成晶體二極管的原理P 性半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體前面講過，在純凈的半導(dǎo)體中加入一定類型的微量雜質(zhì)，能使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力成百萬倍的增加。加入了雜質(zhì)的半導(dǎo)體可以分為兩種類型：一種雜質(zhì)加到 半導(dǎo)體中去后，在半導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生大量的帶負(fù)電荷的自由電子，這種半導(dǎo)體叫做N型半導(dǎo) 體”（也叫“電子型半導(dǎo)體”）；另一種雜質(zhì)加到半導(dǎo)體中后，會(huì)產(chǎn)生大量帶正電荷的“空 穴”，這種半導(dǎo)體叫“P型半導(dǎo)體”（也叫“空穴型半導(dǎo)體”）。例如，在純凈的半導(dǎo)體鍺 中，加入微量的雜質(zhì)銻，就能形成N型半導(dǎo)體。同樣，如果在純凈的鍺中，加入微量的雜質(zhì) 銦，就形成P型半導(dǎo)體。一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成晶體二

2、極管-設(shè)法把P型半導(dǎo)體（有大量的帶正電荷的空穴）和N型半導(dǎo)在P型半導(dǎo)體的N型半導(dǎo)體相結(jié)合的地方，就會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層，這個(gè)特殊的薄層就叫 “PN結(jié)”。晶體二極管實(shí)際上就是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的（見圖1）。例如，收音機(jī)中應(yīng)用的晶體二極管，其觸絲（即觸針）部分相當(dāng)于P型半導(dǎo)體，N型鍺片就 是N型半導(dǎo)體，他們之間的接觸面就是PN結(jié)。P端（或P端引出線）叫晶體二極管的正端（也稱正極）。N端（或N端引出線）叫晶體二極管的負(fù)端（也稱負(fù)極）。如果像圖2那樣，把正端連接電池的正極，把負(fù)端接電池的負(fù)極，這是PN結(jié)的電阻值就小 到只有幾百歐姆了。因此，通過PN結(jié)的電流（I=U/R）就很大。這樣的連接方法（圖2a）

3、叫“正向連接”。正向連接時(shí)，晶體管二極管（或PN結(jié)）兩端承受的電壓叫“正向電壓”； 處在正向電壓下，二極管（或PN結(jié)）的電阻叫“正向電阻”，在正向電壓下，通過二極管 （或PN結(jié)）的電流叫“正向電流”。很明顯，因?yàn)榫w二極管的正向電阻很?。◣装贇W姆）， 在一定正向電壓下，正向電流（I=U/R）就會(huì)很大這表明在正向電壓下，二極管（或PN 結(jié)）具有像導(dǎo)體一樣的導(dǎo)電本領(lǐng)。反過來，如果把P端接到電池的負(fù)極，N端接到電池的正極（見圖2b）。這時(shí)PN結(jié)的電阻 很大（大到幾百千毆），電流（I=U/R）幾乎不能通過二極管，或者說通過的電流很微弱。 這樣的連接方法叫“反向連接”。反向連接時(shí)，晶體管二極管（或PN結(jié)

4、）兩端承受的電壓 叫“反向電壓”；處在反向電壓下，二極管（或PN結(jié)）的電阻叫“反向電阻”，在反向電 壓下，通過二極管（或PN結(jié)）的電流叫“反向電流”。顯然，因?yàn)榫w二極管的正向電阻 很大（幾百千歐姆），在一定的反向電壓下，正向電流（I=U/R）就會(huì)很小，甚至可以忽略 不計(jì)，這表明在一定的反向電壓下，二極管（或PN結(jié)）幾乎不導(dǎo)電。上敘實(shí)驗(yàn)說明這樣一個(gè)結(jié)論：晶體二極管（或PN結(jié)）具有單向?qū)щ娞匦?。晶體二極管用字母“D”代表，在電路中常用圖3的符號(hào)表示，即表示電流（正電荷）只能 順著箭頭方向流動(dòng)，而不能逆著箭頭方向流動(dòng)。圖3是常用的晶體二極管的外形及符號(hào)。圖 3 利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢杂脕碚鳎?/p>

5、將交流電變成直流電）和檢波（從高頻或中頻 電信號(hào)取出音頻信號(hào)）以及變頻（如把高頻變成固定的中頻465 千周）等。PN結(jié)的極間電容PN結(jié)的P型和N型兩快半導(dǎo)體之間構(gòu)成一個(gè)電容量很小的電容，叫做 “極間電容”（如圖4所示）。由于電容抗隨頻率的增高而減小。所以，PN結(jié)工作于高頻 時(shí)，高頻信號(hào)容易被極間電容或反饋而影響PN結(jié)的工作。但在直流或低頻下工作時(shí)，極間 電容對(duì)直流和低頻的阻抗很大，故一般不會(huì)影響PN結(jié)的工作性能。PN結(jié)的面積越大，極間 電容量越大，影響也約大，這就是面接觸型二極管（如整流二極管）和低頻三極管不能用于 高頻工作的原因。卄一！咚容一個(gè)簡(jiǎn)單的PN結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦?，半?dǎo)體收音機(jī)正是

6、利用這一特性來進(jìn)行整流和檢 波的。半導(dǎo)體二極管就是根據(jù)這一原理制成的。PN 結(jié)結(jié)構(gòu)-PN 結(jié)(PNju net ion)一塊單晶半導(dǎo)體中，一部分摻有受主雜質(zhì)是P型半導(dǎo)體，另一部分摻有施主雜質(zhì)是N型半導(dǎo) 體時(shí)，P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界面附近的過渡區(qū)稱PN結(jié)有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)兩種。用 同一種半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)叫同質(zhì)結(jié)，由禁帶寬度不同的兩種半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)叫 異質(zhì)結(jié)。制造PN結(jié)的方法有合金法、擴(kuò)散法、離子注入法和外延生長(zhǎng)法等。制造異質(zhì)結(jié)通 常采用外延生長(zhǎng)法。P 型半導(dǎo)體：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的三價(jià)元素組成，會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶正電 的空穴；N 型半導(dǎo)體：由單晶硅通過特殊工藝摻入少

7、量的五價(jià)元素組成，會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶負(fù)電 的自由電子。在P型半導(dǎo)體中有許多帶正電荷的空穴和帶負(fù)電荷的電離雜質(zhì)。在電場(chǎng)的作用下，空穴是可 以移動(dòng)的，而電離雜質(zhì)(離子)是固定不動(dòng)的。N型半導(dǎo)體中有許多可動(dòng)的負(fù)電子和固定的 正離子。當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，在界面附近空穴從P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，電 子從N型半導(dǎo)體向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散?？昭ê碗娮酉嘤龆鴱?fù)合，載流子消失。因此在界面附近 的結(jié)區(qū)中有一段距離缺少載流子，卻有分布在空間的帶電的固定離子，稱為空間電荷區(qū)。 P 型半導(dǎo)體一邊的空間電荷是負(fù)離子，N型半導(dǎo)體一邊的空間電荷是正離子。正負(fù)離子在界面 附近產(chǎn)生電場(chǎng)，這電場(chǎng)阻止載流子進(jìn)一步擴(kuò)散，達(dá)到平衡

8、。在PN結(jié)上外加一電壓，如果P型一邊接正極，N型一邊接負(fù)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(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)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(fù)極，則空穴和電子都向遠(yuǎn)離界面的方向運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變寬，電流不 能流過。這就是PN結(jié)的單向?qū)浴N結(jié)加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，區(qū)中電場(chǎng)增強(qiáng)。反向電壓增大到一定程度時(shí)，反向 電流將突然增大。如果外電路不能限制電流，貝I電流會(huì)大到將PN結(jié)燒毀。反向電流突然增 大時(shí)的電壓稱擊穿電壓?；镜膿舸C(jī)構(gòu)有兩種，即隧道擊穿和雪崩擊穿。PN結(jié)加反向電 壓時(shí)，空間電荷區(qū)中的正負(fù)電荷構(gòu)成一個(gè)電容性的器件

9、。它的電容量隨外加電壓改變。 根據(jù)PN結(jié)的材料、摻雜分布、幾何結(jié)構(gòu)和偏置條件的不同，利用其基本特性可以制造多種 功能的晶體二極管。如利用PN結(jié)單向?qū)щ娦钥梢灾谱髡鞫O管、檢波二極管和開關(guān)二極 管，利用擊穿特性制作穩(wěn)壓二極管和雪崩二極管；利用高摻雜PN結(jié)隧道效應(yīng)制作隧道二極 管；利用結(jié)電容隨外電壓變化效應(yīng)制作變?nèi)荻O管。使半導(dǎo)體的光電效應(yīng)與PN結(jié)相結(jié)合還 可以制作多種光電器件。如利用前向偏置異質(zhì)結(jié)的載流子注入與復(fù)合可以制造半導(dǎo)體激光二 極管與半導(dǎo)體發(fā)光二極管；利用光輻射對(duì)PN結(jié)反向電流的調(diào)制作用可以制成光電探測(cè)器； 利用光生伏特效應(yīng)可制成太陽電池。此外，利用兩個(gè)PN結(jié)之間的相互作用可以產(chǎn)生放大， 振蕩等多種電子功能。PN結(jié)是構(gòu)成雙極型晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的核心，是現(xiàn)代電子技術(shù) 的基礎(chǔ)。在二級(jí)管中廣泛應(yīng)用。PN結(jié)結(jié)構(gòu)- PN結(jié)的平衡態(tài)，是指PN結(jié)內(nèi)的溫度均勻、穩(wěn)定，沒有外加電場(chǎng)、外加磁場(chǎng)、光照和輻射等外界因素的作用, 宏觀上達(dá)到穩(wěn)定的平衡狀態(tài).PN結(jié)結(jié)構(gòu)- PN結(jié)的工作原理PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體的兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì)，分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將 在 N 型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程:因濃度差多子的擴(kuò)