什么是PN結(jié)？

導(dǎo)語

半導(dǎo)體可以摻雜其他材料，變成p型或n型。pn結(jié)二極管可以是正向偏置或反向偏置。led是產(chǎn)生光子的正向偏壓二極管。太陽能電池是吸收光子的pn結(jié)，給電子足夠的能量進(jìn)入導(dǎo)帶。

#1半導(dǎo)體材料

Semiconductor materials

用作半導(dǎo)體的元素，如硅和鍺，有四個(gè)外層電子。這意味著它們可以與其他相同的原子形成四個(gè)鍵。

在純硅晶體中，每個(gè)硅原子被另外四個(gè)硅原子所包圍。在這種狀態(tài)下硅不導(dǎo)電。

純硅可以摻雜少量雜質(zhì)，方法是在液體半導(dǎo)體結(jié)晶之前將雜質(zhì)以氣體的形式擴(kuò)散到液體半導(dǎo)體中。

#2N型半導(dǎo)體

n-type semiconductors

如果將具有五個(gè)外層電子的雜質(zhì)元素，如砷，少量添加到硅中(大約每一百萬個(gè)硅原子中有一個(gè)雜質(zhì)原子)，則雜質(zhì)原子將適應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)。

額外的外層電子不會(huì)成鍵進(jìn)入晶體的價(jià)帶。這種摻雜影響了電子在能帶之間移動(dòng)的能力。更多的電子在傳導(dǎo)帶中可用。

這種雜質(zhì)使材料具有導(dǎo)電性，稱為n型硅。n型是指多余電子的負(fù)電荷。

#3P型半導(dǎo)體

p-type semiconductors

如果一個(gè)有三個(gè)外層電子的雜質(zhì)元素，比如銦，以同樣小的數(shù)量加入到硅中，那么雜質(zhì)原子將會(huì)融入晶體結(jié)構(gòu)，但會(huì)少一個(gè)電子。

這種摻雜為價(jià)帶以上的電子提供了更多的空間。這增加了材料的導(dǎo)電性。

這種雜質(zhì)使材料具有導(dǎo)電性，稱為p型硅。p型是指缺電子引起的間隙帶輕微的正電荷。

tips

n型和p型半導(dǎo)體沒有總電荷。雜質(zhì)原子中的質(zhì)子平衡了摻雜半導(dǎo)體中電子數(shù)量的增加或減少。

#4半導(dǎo)體pn結(jié)二極管

Semiconductor p-n junction diode

在形成晶體時(shí)，將半導(dǎo)體晶體的一半摻雜p型雜質(zhì)，另一半摻雜n型雜質(zhì)，形成pn結(jié)二極管。

#5無偏pn結(jié)

Unbiased p-n junction

無偏條件意味著沒有外部能量源(沒有電壓)。

在無偏二極管中，在n型和p型材料之間的耗盡層上設(shè)置電場(chǎng)。這是由摻雜引起的自由電子不平衡引起的。

#6反向偏置二極管

Reverse biased diode

在反向偏置情況下，將二極管與p型連接到負(fù)電源端，將n型連接到正電源端。穿過耗盡層的電場(chǎng)增大。這就像一個(gè)阻擋電子流動(dòng)的屏障。

#7正偏二極管

Forward biased diode

在正向偏壓下，n型導(dǎo)帶中的電子向p型導(dǎo)帶移動(dòng)。

電子從p型半導(dǎo)體的導(dǎo)帶下降到價(jià)帶。能量水平的下降導(dǎo)致能量被釋放。在普通的pn結(jié)二極管中，這種能量使二極管在導(dǎo)電時(shí)發(fā)熱。

tips

二極管只允許電流向一個(gè)方向流動(dòng)。

#8led——發(fā)光二極管

led - Light emitting diode

根據(jù)所使用的雜質(zhì)和半導(dǎo)體，導(dǎo)電帶和價(jià)帶之間的能級(jí)差異可以大到足以以光子的形式發(fā)射能量。這是一個(gè)發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱LED。

#9光敏二極管

Photodiodes

還可以制造二極管，使結(jié)吸收光的光子。

當(dāng)光的光子被吸收時(shí)，它提供的能量可以使p型半導(dǎo)體的價(jià)帶中的電子被提升到導(dǎo)帶。電子流向結(jié)中的n型半導(dǎo)體。這會(huì)在二極管上產(chǎn)生電位差，并使其產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

這是一個(gè)光電二極管或光伏電池。

審核編輯：湯梓紅