|
我有點(diǎn)兒懷疑我的腦子是不是有問題……
今天,，才算真正弄通pn結(jié)的基本原理。
從大一學(xué)模擬電路時便開始接觸pn結(jié),，還記得當(dāng)時一字一句的閱讀那本模電書,，
無論怎樣也看不懂，看懂了,，也記不住,，記住了，也用不上……
【pn結(jié)】被喻為“集成電路的心臟”“太陽電池的心臟”,，
應(yīng)該也是一切半導(dǎo)體器件的心臟,。
pn結(jié)的原理
看了很多本書，關(guān)于pn結(jié)方面的講述,，總是高深莫測,，從沒有通俗易懂的講解，
因此我一直囫圇吞棗，希望我的這篇解釋能顯得通俗一些……
pn結(jié)的制作,，以硅為基礎(chǔ),，硅之所以是半導(dǎo)體，
和它的最外層有4個電子有很大關(guān)系,。
真正純凈的晶體硅是不能用作半導(dǎo)體器件的,，正所謂【水至清則無魚】， 必須對其進(jìn)行【摻雜】,，摻雜是工藝方面的術(shù)語,，
有很多方式，究其效果,，和一把沙子投進(jìn)米中的效果差不多,。
假設(shè)有一塊長方體形狀的硅磚，左端放入一把磷原子,，右端放入一把硼原子,；
進(jìn)行理論分析時，假設(shè)為均勻摻雜,；
為什么用磷原子和硼原子呢,？ 因?yàn)榱自拥淖钔鈱佑?個電子，硼原子最外層有3個電子,，
原子由原子核和核外電子組成,，相對于電子，
原子核很大,，大概是足球和足球場相比的結(jié)果,，很懸殊；
因此,，當(dāng)硅,、硼、磷原子手牽手排隊(duì)時,，
磷原子的一個外層電子就被無情的擠掉了,，
便形成了一種非常重要的載流子——自由的電子；
另一方面,，硼原子的外層形成一個小的空位,，
是另一種載流子——我們稱之為【空穴】。
水向低處流……
硅磚中的兩種載流子——自由電子和空穴也不例外：
由于摻雜的原因,，硅磚的左側(cè)聚集了大量的帶負(fù)電荷的自由電子 （磷原子失去的,，我們稱磷為【施主】），
右側(cè)聚集了同樣多的帶正電荷的空穴,，它們自然要向密度低的地方【擴(kuò)散】,，
擴(kuò)散是專業(yè)術(shù)語,，這樣的流動形成了擴(kuò)散電流。
但是有一點(diǎn)需要注意,，雖然電子向右流動,， 但左端的電子密度無論如何也要比右端大，
因此硅磚左端,，也就是摻雜磷原子的部分,，
被標(biāo)記為n區(qū)【也就是negative】；
右端空穴密集,，也就是正電荷密集,，
自然成為p區(qū)【positive】。
相對于電子和空穴,，這時失去電子的磷原子帶一個單位正電荷,，
成為挺立不動的陽離子；
硼原子帶一個單位負(fù)電荷,，同樣不動,，成為陰離子。
兩種離子像兩堵墻一樣排列在pn結(jié)的兩側(cè),，專業(yè)一點(diǎn)講,，
像平行板電容器,，電場方向?yàn)閺淖笙蛴摇?/FONT>
這堵墻阻擋了自由電子和空穴的自由流動,，我們稱之為阻擋層，或者耗盡層,， 因?yàn)檫@里充滿了固定電荷,，它還叫做空間電荷區(qū)；
當(dāng)然,，最出名的名字,，叫做【內(nèi)建場】。
唉,，真搞不懂,，明明不復(fù)雜的東西，硬要搞出許多復(fù)雜的名號…… 如上所述,，一塊完整的pn結(jié)產(chǎn)生：
它像一塊長方形磚塊,， 左端充滿自由電子，因此叫n區(qū),，
右端充滿空穴,，叫p區(qū)；
中間部分,，靠左些是一排不能動的磷離子,，帶正電荷,，
靠右些是一排不能動的硼離子，帶負(fù)電荷,，
兩堵墻組成內(nèi)建場,，使硅磚內(nèi)部的、微小的,、不安分的電子和空穴保持平衡,。
這是一種動態(tài)平衡。 所謂動態(tài)平衡,，外表看起來是靜止,，實(shí)則有兩股相反的電流同時存在，
剛好它們的大小相同,，因此看起來平衡,。
其中一股就是上邊說的【擴(kuò)散電流】【diffusion】， 另一股,，有內(nèi)建場撐腰,，叫做【漂移電流】【drift】。
再說說pn結(jié)的正偏和反偏：
正偏和反偏,，都是在pn結(jié)的外部加電壓,，只是方向不同：
所謂正偏，就是在p端加正電壓,，n端加負(fù)電壓,， p＝positive，n=negative,，容易記住吧,？反之為反偏。
正偏時,，外電壓的方向剛好和內(nèi)建場的方向相反,，半導(dǎo)體的內(nèi)建場的電壓不到1v，很容易湮沒在外電場的淫威之下,，此時的pn結(jié)內(nèi)部,，有如滔滔江水，
電子和空穴自由流動,，形成很大的電流,，類似于短路；
反偏時,，外電壓和【內(nèi)建場】方向一致,，幫助【內(nèi)建場】筑起高墻， 阻隔電子和空穴的流動,。
此時只有很小的反偏電流,，多數(shù)情況下被忽略不計(jì),，好像pn結(jié)是關(guān)斷的……
大家耳熟能詳?shù)亩O管的整流特性，就是應(yīng)用上述原理,。
今天累了,，羅里羅嗦寫了這多，列為看官辛苦了……
今天終于弄通了pn結(jié)的原理,，所謂一通百通,，有關(guān)半導(dǎo)體的其它理論，
如【能帶】,、【費(fèi)米能級】,、【光電效應(yīng)】、
【光生伏特效應(yīng)】,、【光電導(dǎo)】
這些太陽電池的基本理論,，也就可以融匯了……
|
|
|
來自： 昵稱18069538 > 《模擬電路》
