一文帶你搞懂本征半導體與PN結(jié)

半導體

材料取自于元素周期表中金屬與非金屬的交界處。常溫下半導體導電性能介于導體與絕緣體之間。

本征半導體

純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導體稱為本征半導體。(由于不含雜質(zhì)且為晶體結(jié)構(gòu)，所以導電性比普通半導體差)

常溫下，少數(shù)價電子由于熱運動獲得足夠的能量掙脫共價鍵的束縛成為自由電子。此時，共價鍵留下一個空位置，即空穴。原子因失去電子而帶正電，或者說空穴帶正電。在本征半導體外加一個電場，自由電子將定向移動產(chǎn)生電流;同時，價電子會按一定方向去依次填補空穴，相當于空穴也在定向移動，而且是跟電子反向的運動。本征半導體的電流是這兩個電流之和。運載電荷的粒子稱之為載流子。

當有一個自由電子的產(chǎn)生，必然會有一個空穴產(chǎn)生，所以自由電子與空穴對是同生同滅。當自由電子在運動中填補了一個空穴，此時兩者同時消失，這種現(xiàn)象稱之為復(fù)合。在一定溫度下，兩種載流子濃度相同，達到一種動態(tài)平衡。當溫度升高，熱運動會加劇，會有更多的電子掙脫束縛，會導致載流子濃度上升，從而打破這個平衡，溫度一定后會再次建立平衡。

雜質(zhì)半導體
通過擴散工藝，在本征半導體摻入某些元素。

一 .N 型半導體

在本征半導體加入+5 價元素磷，由于加入了最外層為 5 個電子的元素，在形成共價鍵后會多出一個電子，這個電子就成了自由電子。因為這個半導體自由電子的個數(shù)多于空穴個數(shù)，而電子帶負電，所以稱之為 N(negative，負)型半導體。

二 .P 型半導體

在本征半導體加入+3 價元素硼，由于加入了最外層為 3 個電子的元素，在形成共價鍵后會多出一個空位，硅原子的最外層電子會去填補這個空位，從而會多出一個空穴?？昭◣д姡苑Q之為 P(positive，正)型半導體。

在 N 型半導體中，自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子;在 P 型半導體中，空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(shù)載流子。

PN 結(jié)的形成

采用某種工藝，可以將 P 型半導體和 N 型半導體制作在同一塊硅片上。

由于濃度差，會產(chǎn)生擴散運動。同時，在 P 區(qū) N 區(qū)交界處，多數(shù)載流子濃度降低，P 區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，N 區(qū)出現(xiàn)負離子區(qū)，內(nèi)部會產(chǎn)生一個內(nèi)電場。該電場會產(chǎn)生一個運動去阻止擴散運動，這個運動稱為漂移運動。參與擴散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同，達到動態(tài)平衡就形成了 PN 結(jié)。

PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN 結(jié)的電容效應(yīng)

PN 結(jié)存在著等效電容(勢壘電容和擴散電容，兩者之和稱為結(jié)電容，具體省略)，由于容抗跟頻率成反比，當加在 PN 結(jié)上的交流電頻率較高時，交流電就可以通過 PN 結(jié)的電容形成通路，PN 結(jié)會失去單向?qū)щ姷奶匦浴?br />
審核編輯黃昊宇