什么是PN結(jié)及半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

如果沒有外電場(chǎng)的作用，不論N型或P型半導(dǎo)體，它們的載流子運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的，因此，不會(huì)形成電流

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我們知道，P型半導(dǎo)體內(nèi)空穴是多數(shù)載流子，即空穴的濃度大；而N型半導(dǎo)體內(nèi)電子是多數(shù)載流予，電子的濃度大。二者接觸之后，由于在P型區(qū)和N型區(qū)內(nèi)電子濃度不同，N型區(qū)的電子多，就向P型區(qū)擴(kuò)散，擴(kuò)散的結(jié)果如圖1—4(b)所示。N型區(qū)薄層I中部分電子擴(kuò)散到P型區(qū)去，薄層I便因失去電于而帶正電。另一方面，P型區(qū)的空穴多，也會(huì)向空穴濃度小的N型區(qū)擴(kuò)散，結(jié)果一部分空穴從薄層I向P(型區(qū)擴(kuò)散，使薄層Ⅱ帶負(fù)電。

電于和空穴的擴(kuò)散是同時(shí)進(jìn)行的，總的結(jié)果，P型區(qū)薄層Ⅱ流走了空災(zāi)，流進(jìn)了電子，所以帶負(fù)電，而N型區(qū)的薄層I流走了電子，流進(jìn)了空穴，因而帶正電，而且隨著擴(kuò)散現(xiàn)象的繼續(xù)進(jìn)行，薄層逐漸變厚，所帶的電量也逐漸增加。不過，這種擴(kuò)散現(xiàn)象不會(huì)無休止的進(jìn)行下去；當(dāng)擴(kuò)散進(jìn)行到一定程度后，薄層Ⅱ帶了很多負(fù)電，從N型區(qū)向P型區(qū)擴(kuò)散的電子總數(shù)因電子受到它的排斥不再繼續(xù)增加；同樣道理，從P型區(qū)向N型區(qū)擴(kuò)散的空災(zāi)總數(shù)也不再增加。于是擴(kuò)散似乎不再繼續(xù)，而達(dá)到所謂“動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)”。這時(shí)P—N結(jié)也就形成了。

所謂P—N結(jié)，就是指薄層I和Ⅱ所構(gòu)成的帶電結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗茏柚闺娮雍涂昭ǖ睦^續(xù)擴(kuò)散，所以也叫阻擋層。它們之間的電位差一般稱勢(shì)壘或位壘。

若反過來，把P型區(qū)接電池負(fù)極，而N型區(qū)接正極，這時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)：把電壓增高到幾十伏，電流的指示只有幾個(gè)或幾十個(gè)微安，此時(shí)P—N結(jié)的電阻很大，反向電流很快就達(dá)到飽和不再增加了。這說明電流只能沿著一個(gè)方向流過P—N結(jié)，這個(gè)現(xiàn)象就叫做單向?qū)щ姟?p> 單向?qū)щ姮F(xiàn)象可以這樣來解釋；因?yàn)樵赑型區(qū)接電池正極而N型區(qū)接負(fù)極時(shí)，外加電壓的方向剛好和P—N結(jié)勢(shì)壘電壓的方向相反，使薄層Ⅱ帶的負(fù)電量和薄層I帶的正電量減少，因此削弱了P—N結(jié)的勢(shì)壘，于是在正電壓的作用下，電子和空穴的擴(kuò)散又可進(jìn)行，N型區(qū)的電子不斷跑到P型區(qū)，P型區(qū)的空穴也不斷跑到N型區(qū)，正向電流也就產(chǎn)生了。而且，正向電壓加得越高，P—N結(jié)勢(shì)壘削弱得越厲害，擴(kuò)散也就越容易進(jìn)行，正向電流也就越大。

當(dāng)P—N結(jié)和電池反向連接時(shí)，外加電壓起著增強(qiáng)P—N結(jié)勢(shì)壘的作用，使薄層Ⅱ帶的負(fù)電荷和薄層I帶的正電荷增加，擴(kuò)散更無法進(jìn)行。這時(shí)只有P型區(qū)的少數(shù)教流子一電子和N型區(qū)的少數(shù)我流子一空穴，受外加電壓作用形成微弱的反向電流。而少數(shù)栽流子的數(shù)目不多，所以在反向電壓只有零點(diǎn)幾伏時(shí)，反向電流就達(dá)到飽和了。

P—N結(jié)還有一個(gè)十分重耍的特性，即所謂反向擊穿電壓。當(dāng)所加反向電壓大到一定數(shù)值時(shí)，P—N結(jié)電阻會(huì)突然變得很小，反向電流會(huì)驟然增大，而且是無限地增大。這種現(xiàn)象叫P—N結(jié)的反向擊穿。開始擊穿時(shí)的電壓數(shù)值叫反向擊穿電壓。它直接限制了P—N結(jié)用做整流和檢波時(shí)的工作電壓。

總之，一個(gè)簡(jiǎn)單的P—N結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦?，半?dǎo)體收音機(jī)正是利用這一特性來進(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。