醫(yī)學(xué)影像學(xué)課件 PN結(jié)

三、PN結(jié)PN結(jié)：在P型和N型半導(dǎo)體的交界面附近，形成一個(gè)具有獨(dú)特的物理特性的結(jié)。1、PN結(jié)的形成N型半導(dǎo)體：整體電中性（磷正離子、電子帶負(fù)電），載流子中電子濃度高于空穴。P型半導(dǎo)體：整體電中性（硼負(fù)離子、空穴帶正電），載流子中空穴濃度高于電子。PN1)兩種載流子的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：高濃度載流子向低濃度載流子一側(cè)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，使耗盡層變寬。漂移運(yùn)動(dòng)：低濃度載流子向高濃度載流子一側(cè)的漂移運(yùn)動(dòng)，使耗盡層變窄。動(dòng)畫(huà)演示1-2PN結(jié)的形成2)空間電荷區(qū)（耗盡層）：由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在P型和N型半導(dǎo)體的交接面附近，形成了空間電荷區(qū)（電子、空穴復(fù)合），它是個(gè)高阻區(qū)，又稱(chēng)阻擋層，內(nèi)部無(wú)載流子。3)內(nèi)電場(chǎng)的形成：由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成了空間電荷區(qū)，電荷區(qū)兩側(cè)的正負(fù)離子形成了內(nèi)電場(chǎng)如上圖所示。在電場(chǎng)力作用下，少數(shù)載流子發(fā)生漂移。特點(diǎn)：內(nèi)電場(chǎng)阻礙了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)了漂移運(yùn)動(dòng)。4）PN結(jié)形成：PN結(jié)中擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)相互依存，相互矛盾，開(kāi)始時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，空間電荷區(qū)不斷加寬，內(nèi)電場(chǎng)不斷增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)不斷減弱，漂移運(yùn)動(dòng)卻逐漸增強(qiáng)，當(dāng)二者趨于平衡時(shí)，空間電荷區(qū)的厚度不再變化，形成了PN結(jié)。動(dòng)畫(huà)再次演示PN結(jié)的形成PN結(jié)形成小結(jié)1)PN型半導(dǎo)體特點(diǎn)2)兩種載流子及兩種運(yùn)動(dòng)形式3)空間電荷區(qū)形成4)內(nèi)電場(chǎng)5)PN結(jié)形成PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕敉饧与妷菏闺娏鲝腜區(qū)流到N區(qū)，PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。

如果外加電壓使：

PN結(jié)P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位稱(chēng)為加正向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)正偏；

PN結(jié)P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位稱(chēng)為加反向電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)反偏。PN結(jié)單向?qū)щ娦砸裕?、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?）PN結(jié)加正向電壓時(shí)：P區(qū)接電源正端，N區(qū)接電源負(fù)端耗盡層外電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN結(jié)正偏內(nèi)電場(chǎng)耗盡層減弱變窄擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)漂移運(yùn)動(dòng)減弱結(jié)平衡破壞動(dòng)畫(huà)演示PN2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦酝怆娐沸纬蓸O小反向電流反向飽和電流2）PN結(jié)加反向電壓時(shí)：P區(qū)接電源負(fù)端，N區(qū)接電源正端耗盡層內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)PN結(jié)反偏內(nèi)電場(chǎng)耗盡層加強(qiáng)變寬擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)結(jié)平衡破壞動(dòng)畫(huà)演示反偏總結(jié)：外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場(chǎng)作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。

在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱(chēng)為反向飽和電流。

PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)的單向?qū)щ娦允怯珊谋M層的寬窄決定的，PN結(jié)加正向電壓時(shí)，耗盡層變窄，呈現(xiàn)很小的正向電阻，正向電流較大：加反向電壓時(shí)，耗盡層變寬，呈現(xiàn)很大的反向電阻，反向電流很小。PN結(jié)的這種正向?qū)щ娦阅芰己?，而反向?qū)щ娦阅芎懿畹奶攸c(diǎn)，稱(chēng)為PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?、PN結(jié)的伏安特性曲線：（PN結(jié)外接電壓時(shí)）理論公式OA:正向特性O(shè)B:反向特性IS:反向飽和電流擊穿特性4、PN結(jié)的擊穿當(dāng)反向電壓超過(guò)一定值時(shí),PN結(jié)會(huì)出現(xiàn)擊穿,此時(shí)反向電流劇增，反向電流開(kāi)始劇增的電壓稱(chēng)為反向擊穿電壓.1)齊納擊穿:內(nèi)電場(chǎng)的強(qiáng)作用下,束縛電子被直接從共價(jià)鍵中拉出來(lái),形成電子空穴對(duì),而產(chǎn)生大量的載流子,加強(qiáng)了漂移運(yùn)動(dòng),出現(xiàn)擊穿.本質(zhì)是場(chǎng)致激發(fā).<52)雪崩擊穿:內(nèi)電場(chǎng)的強(qiáng)作用下,在結(jié)內(nèi)作漂移運(yùn)動(dòng)的少數(shù)載流子,受到電場(chǎng)的加速作用可獲得很大的能量.它與結(jié)內(nèi)原子碰撞時(shí),使原子的價(jià)電子擺脫束縛狀態(tài)而形成電子空穴對(duì).新生的電子、空穴對(duì)再去碰撞其它原子，產(chǎn)生更多的電子、空穴對(duì)。使載流子數(shù)劇增。反向電流迅速增大，出現(xiàn)擊穿。本質(zhì)是碰撞電離。>8v注意：出現(xiàn)擊穿，PN結(jié)并不一定壞了，只有超過(guò)允許值時(shí)，才燒毀。第二節(jié)半導(dǎo)體二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)構(gòu)成：以PN結(jié)為核心，兩端加上電極引線、管殼。結(jié)構(gòu)：點(diǎn)接觸型、面結(jié)合型、平面型面結(jié)合型點(diǎn)接觸型平面型符號(hào)如下符號(hào)二、二極管的伏安特性二極管的伏安特性同PN結(jié)的伏安特性：正向特性、反向特性、擊穿特性。且隨溫度而變化。鍺管硅管0.7v0.2V1）.正向特性

當(dāng)U＞0，即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：

當(dāng)0＜U＜Uth時(shí)，正向電流為零，Uth稱(chēng)為死區(qū)電壓或開(kāi)啟電壓。

當(dāng)U＞Uth時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。

硅二極管的死區(qū)電壓Uth＝0.5V左右，

鍺二極管的死區(qū)電壓Uth＝0.1V左右。UUU2）.反向特性

當(dāng)U＜0時(shí)，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個(gè)區(qū)域：

當(dāng)UBR＜U＜0時(shí)，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱(chēng)反向飽和電流IS。

當(dāng)U≥UBR時(shí)，反向電流急劇增加，UBR稱(chēng)為反向擊穿電壓。

UBRU

在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所不同。硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很??；鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過(guò)渡比較圓滑，反向飽和電流較大。UBRU從擊穿的機(jī)理上看，硅二極管若|UBR|≥7V時(shí)，主要是雪崩擊穿；若UBR≤4V則主要是齊納擊穿，當(dāng)在4V～7V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點(diǎn)。

三、二極管的主要參數(shù)1、最大整流電流：是指二極管在長(zhǎng)期工作時(shí)，允許通過(guò)的最大正向電流。2、最高反向工作電壓：是指二極管在長(zhǎng)期工作時(shí)，允許通過(guò)的最大反向電壓。3、反向電流：是指二極管未擊穿時(shí)反向電流值4、最高工作頻率：是指二極管具有單向?qū)щ娦缘淖罡吖ぷ黝l率。四、二極管的應(yīng)用----限幅器利用二極管的單向?qū)щ娦赃_(dá)到各種限幅的目的。正向?qū)ǎ悍聪蚪刂梗弘娮韬苄?，近似為接通的開(kāi)關(guān)電阻很大，近似為斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)

Eui<當(dāng)Eui3