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PN結(jié)物理性中PN結(jié)物是什么

更新時間:2018-01-18   點擊次數(shù):2120次

塊側(cè)摻雜成P型半導體,另側(cè)參雜成N型半導體,中間二者相連的接觸面稱為PN結(jié)(英語:p-n junction)。PN結(jié)是電子中許多元件,例如半導體二管、雙性晶體管的物質(zhì)基礎(chǔ)。

主要應用

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,利用其基本性可以制多種能的晶體二管。如利用PN結(jié)單向?qū)щ娦钥梢灾谱髡堋z波二管和開關(guān)二管;利用擊穿性制作穩(wěn)壓二管和雪崩二管;利用摻雜PN結(jié)隧道效應制作隧道二管;利用結(jié)電容隨外電壓變化效應制作變?nèi)荻堋J拱雽w的光電效應與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)的載子注入與復合可以制半導體激光二管與半導體發(fā)光二管;利用光輻射對PN結(jié)反向電的調(diào)制作用可以制成光電探測器;利用光生伏應可制成太陽電池。此外,利用兩個PN結(jié)之間的相互作用可以產(chǎn)生放大、振蕩等多種電子能。PN結(jié)是構(gòu)成雙型晶體管和場效應晶體管的核心,是現(xiàn)代電子的基礎(chǔ)。

電容性

PN結(jié)除具有非線性電阻性外,還具有非線性電容性,主要有勢壘電容和擴散電容。

1、勢壘電容

勢壘區(qū)類似平板電容器,其交界兩側(cè)存儲著數(shù)值相等性相反的離子電荷,電荷量隨外加電壓而變化,稱為勢壘電容,用CT表示。

CT = - dQ/dV

PN結(jié)有突變結(jié)和緩變結(jié),現(xiàn)考慮突變結(jié)情況(緩變結(jié)參見《晶體管原 理》),PN結(jié)相當于平板電容器,雖然外加電場會使勢壘區(qū)變寬或變窄 但這個變化小可以忽略,

則CT=εS/L,已知動態(tài)平衡下阻擋層的寬度L0,代入上式可得:

CT不是恒值,而是隨V而變化,利用該性可制作變?nèi)荻堋?/p>

2、擴散電容

多子在擴散過程中越過PN結(jié)成為另方的少子, 當PN結(jié)處于 平衡狀態(tài)(無外加電壓)時的少子稱為平衡少子 可以認為阻擋層以外的區(qū)域內(nèi)平衡少子濃度各處是樣的,當PN結(jié)處于正向偏置時,N區(qū)的多子自由電子擴散到P區(qū)成為 P區(qū)的非平衡少子,由于濃度差異還會向P 區(qū)深處擴散,距交界面越遠,非平衡少子濃度越低,其分布曲線見[PN 結(jié)的伏 安性]。當外加正向電壓增大時,濃度分布曲線上移,兩邊 非平 衡少子濃度增加即電荷量增加,為了維持電中性,中性區(qū)內(nèi)的非平衡多子濃度也相應增加,這就是說,當外加電壓增加時,P區(qū)和N區(qū)各自存儲的空穴和自由電子電荷量也增加,這種效應相當于在PN結(jié)上并聯(lián)個電容,由于它是載子擴散引起的,故稱之為擴散電容CD,由半導體物理推導得 CD=( I + Is)τp/VT 推導過程參見《晶體管原理》。

當外加反向電壓時 I = Is , CD趨于零。

3、PN結(jié)電容

PN結(jié)的總電容Cj為CT和CD兩者之和Cj = CT+CD ,外加正向電 壓CD很大, Cj以擴散電容為主(幾十pF到幾千pF) ,外加反向電壓CD趨于零,Cj以勢壘電容為主(幾pF到幾十pF到)。

4、變?nèi)荻?/span>

PN結(jié)反偏時,反向電很小,近似開路,因此是個主要由勢壘電容構(gòu)成的較理想的電容器件,且其增量電容值隨外加電壓而變化 利用該性可制作變?nèi)荻埽內(nèi)荻茉诜蔷€性電路中應用較廣泛, 如壓控振蕩器、頻率調(diào)制等。    

發(fā)展過程

1935年后貝爾實驗室的批家轉(zhuǎn)向研究Si材料,1940年,用真空熔煉方法拉制出多晶Si棒并且掌握了摻入Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)元素來制P型和N型多晶Si的。還用生長過程中摻雜的方法制出*個Si的PN結(jié),發(fā)現(xiàn)了Si中雜質(zhì)元素的分凝現(xiàn)象,以及施主和受主雜質(zhì)的補償作用。[13]

1948年,威廉·肖克利的論文《半導體中的P-N結(jié)和P-N結(jié)型晶體管的理論》發(fā)表于貝爾實驗室內(nèi)刊物。

 

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