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PN結的形成 PN結的導電特性

冬至子 ? 來源:河科大牛老師 ? 作者:河科大牛老師 ? 2023-10-17 12:38 ? 次閱讀

(一)本征半導體與摻雜半導體

本征半導體即純凈半導體。

純半導體的電阻既不是零,也不是無窮大,故用半導體制作的所有元件和器件通電都會發熱,這也是CPU電子器件發熱的原因。

純半導體受到光照、或環境溫度較高、或外加電壓不同時,電阻不同,故不能當做恒定電阻使用。

之所以純半導體電阻不恒定,是因為其內部存在本征激發現象。本征激發成對產生自由電子和空穴。當外加電壓時,自由電子和空穴均可移動,從而形成電流

溫度越高,光照越強,自由電子和空穴就越多,在同樣的外加電壓下,電流就越大,即電阻越小。

使用半導體制作的器件都要考慮散熱條件,否則半導體器件通電發熱。而溫度越高,本征激發越強,電流更大,形成惡性循環,最終燒壞器件。

當純凈半導體中分別摻入三價和五價元素時,形成P型摻雜半導體和N型摻雜半導體。其中P型半導體中帶正電的空穴數量遠多于帶負電的自由電子,而N型半導體中自由電子數目遠多于空穴數量。

P型半導體和N型半導體與純凈半導體相比,在同樣的外加電壓下,電流更大,即電阻更小,稱為大大提高了導電能力。

單純摻雜形成的P型半導體和N型半導體,雖然提高了導電能力,但用處并不大。

(二)PN結

當在同一塊半導體基片的不同區域上分別摻入三價和五價元素分別形成P型半導體和N型半導體時,在其交界處形成一個特殊的區域,這個區域中并無可以移動形成電流的自由電子和空穴,而只有不能移動的正負離子,從而形成內電場。

這個內電場的形式是由于兩側的濃度差造成多子的擴散(實際上是異性相吸),從而在交界處復合,成對消失,使得交界處沒有可移動的載流子,只有不能移動的雜質離子。

內電場形成后在同性相斥異性相吸的作用下,這個內電場在阻礙多子擴散的同時,也吸引對方的少子向己方漂移。少子的漂移運動與多子的擴散運動方向相反,使得內電場寬度固定。

內電場也可稱為空間電荷區,阻擋層、耗盡層,但更多的是稱為PN結。

(三)PN結的導電特性

1、 當PN結外加正向電壓,即P區接外電場的+極性端,N區接外電場的-極性端時,外電壓推動多子向對方移動,PN結將變窄。外電壓越大,PN結越窄。若PN結沒有消失則沒有電荷能穿越PN結,從而沒有電流。

當PN結外加正向電壓足夠高時,PN結消失,兩側的電荷在交界處不斷復合,而外電壓源源不斷地提供正負電荷,從而形成電流,此種狀態稱為PN結導通。

2、當PN結外加反向電壓時,即P區接外電場的-極性端,而N區接外電場的+極性端,外電場吸引多子向外移動,PN結變寬,內電場增強。

增強的內電場將吸引更多的少子漂移過PN結,形成少子電流。但因為少子絕對數量極小,故此電流約為0A,故簡稱為PN結反偏時處于截止狀態。截止相當于開路,電流為零。

需要強調的是,由于少子完全來自于本征激發,故溫度升高則電流變大。用鍺(Ge)制作的PN結反偏時隨溫度而增大的電流遠大于用硅(Si)制作的PN結反偏時隨溫度而增大的電流,故用硅制作的半導體器件更多。

PN結外加正向電壓導通,有大電流,而外加反向電壓時截止,電流為零。這一特性稱為單向導電特性。

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