pn结与二级管

**Jior:** 我们知道，二极管和晶体管等与电阻、线圈以及电容等不同，具有整流和放大作用。在这些半导体器件的结构中都采用了pn结，为什么需要pn结呢?

**Jior**: pn结就是在制作硅晶体时，掺人了3价原子(如硼)或5价原子(如砷)、其中，一部分形成p型半导体区域，而其余部分则形成n型半导体区域。这种p型区域和n型区域连接在一起的状态就称为pn结。至于为什么需要采用pn结，让我们顺着下面的思路来考虑吧!

**Jior:** 关于pn结，有个问题我想确认一下。是不是可以这样说，在掺人了5价原子的n型半导
体中，带有负电荷的自由电子数量应该比带有正电荷的空穴数量多。同样，在p型半导体中，空穴的数量应该比自由电子数量多。如此一来、就使得n型区域整体上就带负电，而p型区域整体上则是带有正电呢?

**Doc**:噢、请稍停一下!不能根据自由电子和空穴的相对多少来决定其带电状态。事实上，从电荷角度来说.p型区域和n型区域都是中性的。在本征半导体中掺人5价或3价元素时，确实会发生自由电子和空穴的多少问题(也因此制成了p型和n型半导休)。不过，如果因为在电中性的硅晶体中掺人了也是中性的5价或3价元素就说掺杂后的晶体带正、负电就完全错了

进一步讲，在p型区域和n型区域的接触面上，会产生自由电子和空穴的移动，从而在接触面的两端聚集起正、负电荷(产生电场)，这一点是应该引起注意的。

**Mako:** 为什么呢?

**Doc**:因为从传输电荷的角度讲，自由电子和空穴都携带电荷，因此它们都被称为载流子(carrier) 。半导体中电流的流动就是由于载流子移动引起的。

想想看，要使载流子移动应该怎么办呢?
**Jior:** 既然半导体中的自由电子和空穴携带电荷，就可以吧…

对了，如果加上电场·则在电场的作用下.空沿电场方向或者相反方向移动了。这种现象称为漂移，所形成的电流也就称为漂移电流。想想看，除此之外，还有什么方法能使载流子移动呢?

**Doc:** 哦，还有吗? 是的.还有一种现象称为扩散现象，它正是生的现象。这是指在半导体中，当存在载流子的浓度差时度高的地方向浓度低的地方移动的现象。

那么，只要加上电场穴或自由电子就会在pn结接触面上发会发生载流子从浓度高的地方向浓度低的地方移动的现象。
想像一下在水中滴人墨水时，墨水范围会由小变大扩展开的情形。
在pn结的结合面上，自由电子和空穴的 浓度肯定有差别。因此，在接触面附近的自由电子和空穴就会因扩散现象而进 人到对方的区域。
这种扩散的结果，在接触面的p型区域 侧，因空穴都向n型区域移动而形成了负电荷区；在接触面的n型区域一侧、 因自由电子都向p型区域移动而形成了正电荷区。

**Jior:** 如果载流子在接触面上总是这样移动不止的话，p 区域和n型区域不就完全颠倒过来了吗?
**Dec:** 这倒不用担心。因为在 接触面上形成的正、负电荷会导致电场的产生，面这个电场又会阻碍电子和空 穴的移动，最终将保持一种平衡。产生电场的部分称为耗尽层。
因此，在耗尽层部分会产生电位差 ，这个电位差将阻止载流子的移动。这个电位差称为电位势垒。
现在明白了为什么在pn结耗尽层中会产生电位势垒这个问题。
不过，这对~极管或晶体管到底有什么 用呢?

**Doc:** 好的，别着急，就要说到 关键之处了。为了使形成pn结的半导
体中流过电流，载流子需要克服电位势垒的能量。也就是说，必须由外部给载流子提供跨越
这部分电位差的能量。在半导体器件中采用pn结的原因，就是由于可事先制作出这样的电位势垒，通过外加能量来控制越过此势垒的载流子数量。换句话说.pn结正是由于有这种电位势垒才实现了对电流的控制。
**Mirko** 我想请您能够具体地解释一下
**Dac.** 对pn结来说、当从外部对p区施加正电压.对n区施加负电压时，耗尽层的宽度就会变窄即电位势垒降低.载流子的活动将会变得活跃。也就是说，通过外加电压可以使空穴穿过接触面从p区进入n区，自由电子则从n区移动到p区。外部电压称为正向电压、因此而产生的电流称为正向电流。
施加的外部电压是p区为负而 n区为止(这种电压称为反向电压)。此时·由于耗尽层的宽度变厚、电位势垒增高，使可移动的载流子数目变得非常少，因此只有极微小的电流(反向电流)通过。
正是因为pn结形成的电位势垒对外加电压有上述反应，故可采用pn结实现对电流的控制。也止因为如此·电子电路中起电流控制作用的二极管和晶体管都采用pn结就很自然了。
**Jior**: 二极管的结构本身实质上就是pn结。
**D0c:** .在pn结的p区和n区分别加上电极引线，就制成了结型二极管。当然，除了结型二极管之外，还有其他类型的二极管。现在，我们看一看有关二极管的一些重要特性吧.
**Mako** :结型二极管的电压和电流不是线性关系。欧姆定律是否还适用啊?

据我所知，二极管除!可利用其整流特性外，还可以制成齐纳二极管和变容二极管作为稳压器件使用。此外，还可以制作成光通信设备中的激光二极管.作为光源来传输大量的信息。
容二极管作为稳压器件使用。此外，还可以制作成光通信设备中的激光二极管.作为光源来传输大量的信息。
**Doc.** 二极管有如下的一些重要性质：具有仅允许正向电流通过的整流特性。电流和电压关系，不适用欧姆定律。 这是由于半导体的电阻率受温度等外部条件影响较大的缘故。仅施加较小的正向电压就会流过较大的电流。增大反方向电压到某一数值时，会产生急速增加的反向大电流。这种反向电乐称为齐纳电压(又称击穿电压)。这 种现象并不表示二极管被损坏，当电压减小时，二极管仍可恢复正常。

标签：二级,自由电子,二极管,载流子,结与,电压,pn,电流
来源： https://www.cnblogs.com/yangyang7899/p/12641062.html