PN結的形成及應用電路
1.PN結的形成
(1)當P型半導體和N型半導體結合在一起時,由于交界面處存在 載流子濃度的差異 ,這樣電子和空穴都要 從濃度高的地方向濃度低的地方擴散 。但是,電子和空穴都是帶電的,它們擴散的結果就使P區和N區中原來的電中性條件破壞了。P區一側因失去空穴而留下不能移動的負離子,N區一側因失去電子而留下不能移動的正離子。這些不能移動的帶電粒子通常稱為 空間電荷 ,它們集中在P區和N區交界面附近,形成了一個很薄的空間電荷區,這就是我們所說的 PN結 。
圖(1)濃度差使載流子發生擴散運動
(2)在這個區域內,多數載流子已擴散到對方并復合掉了,或者說消耗殆盡了,因此,空間電荷區又稱為 耗盡層 。
(3)P區一側呈現負電荷,N區一側呈現正電荷,因此空間電荷區出現了方向由N區指向P區的電場,由于這個電場是載流子擴散運動形成的,而不是外加電壓形成的,故稱為 內電場 。
圖(2)內電場形成
(4)內電場是由多子的擴散運動引起的,伴隨著它的建立將帶來兩種影響:一是 內電場將阻礙多子的擴散 ,二是P區和N區的少子一旦靠近PN結,便在內電場的作用下漂移到對方, 使空間電荷區變窄 。
(5)因此, 擴散運動使空間電荷區加寬,內電場增強,有利于少子的漂移而不利于多子的擴散;而漂移運動使空間電荷區變窄,內電場減弱,有利于多子的擴散而不利于少子的漂移。
當擴散運動和漂移運動達到動態平衡時,交界面形成穩定的空間電荷區,即 PN結處于動態平衡 s。
2.PN結的單向導電性
(1) 外加正向電壓 (正偏)
在外電場作用下,多子將向PN結移動,結果使空間電荷區變窄,內電場被削弱,有利于多子的擴散而不利于少子的漂移,擴散運動起主要作用。結果,P區的多子空穴將源源不斷的流向N區,而N區的多子自由電子亦不斷流向P區,這兩股載流子的流動就形成了PN結的正向電流。
(2) 外加反向電壓 (反偏)
在外電場作用下,多子將背離PN結移動,結果使空間電荷區變寬,內電場被增強,有利于少子的漂移而不利于多子的擴散,漂移運動起主要作用。漂移運動產生的漂移電流的方向與正向電流相反,稱為反向電流。 因少子濃度很低,反向電流遠小于正向電流 。
當溫度一定時,少子濃度一定,反向電流幾乎不隨外加電壓而變化,故稱為 反向飽和電流 。
3.二極管的基本應用電路
(1)限幅電路---利用二極管的單向導電性和導通后兩端電壓基本不變的特點組成。
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(2)箝位電路---將輸出電壓箝位在一定數值上。