半导体PN结的工作原理

最新推荐文章于 2024-06-11 16:54:57 发布
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分类专栏： 《嵌入式C语言自我修养》读书笔记
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金属导电原理

原子的构成结构示意图

从图中可以看出，一个原子由原子核和核外电子构成 ，而原子核由质子和中子构成。中子不带电，质子带正电，核外电子带负电，整个原子显中性。

一个原子的最外层电子树为8时最稳定，电子数小于<4，受原子核的约束力小，容易脱离原子核。

电子数>4，受原子核的约束力大，不容易脱落原子核。

很多金属原子最外层电子数小于4，容易丢失电子，这些电子成为自由移动的电子，在电场的作用下，会发生定向移动形成电流，这就是金属导电的原理。

半导体元素一般最外层电子数为4，这个时候就比较特殊，既不容易失去电子，也不容易得到电子。两个原子或者多个原子共同使用他们的最外层电子数，在理想状态下达到电子饱和的状态，通过共价键形成最外层8个电子的稳定结构。

这中结构不是绝对的稳定，当电子受到能量激发时，也会发生跃迁，成为移动的电子，在电场的作用下形成发生定向移动，形成电流。电子的移动产生了空穴，相邻的电子

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芯片半导体基础——PN结的工作原理
qq_38371336的博客
05-14 1250
现代芯片（集成电路）由数十亿个晶体管、二极管等元件组成，而‌每个晶体管的核心都包含PN结‌，PN结是芯片的“原子级基石”
pn结的形成原理
07-14
P型半导体 在纯净的硅晶体中掺入3价元素如硼，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体。在P型半导体中，空穴为多字，自由电子为少子，主要靠空穴导电。掺入的杂质越多，空穴的浓度就越大，导电性就越强。 N型半导体 在纯净的硅晶体中掺入5价元素如磷， 使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。在N 型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，故自由电子为多子，空穴为少子。如下图： pn结的形成 当P型半导体和N型半导体接合在一起的时候，由于P型半导体中空穴浓度高，而N型半导体中电子浓度高，因此会形成一个扩散运动，P型半导体中空穴会向它浓度低的地方扩散，从而扩散到N型区，N型半导体的电子也会向它浓度低的地方扩散，从而扩散到P型区。这样一来，P型区剩下不能自由移动的负离子，而N型区剩下不能自由移动的正离子，一正一负，在PN结内部形成了一个从左往右的内电场，基本上这个内电场就体现PN结的工作特性。另外有一点要说明的是，PN结只是局部带电，即P型区呈负电，而N型区呈负电，但是它们俩一中和，整体上是呈中性的。 pn结的形成原理 在杂质半导体中， 正负电荷数是相等的，
PN结工作原理相关知识
07-14
pn结 采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结（英语：PN junction）。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性，例如半导体二极管、双极性晶体管的物质基础。 PN结原理 PN结的形成其实就是在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，那么在两种半导体的交界面附近就形成了PN结。 在形成PN结之后，由于N型半导体区内的电子数量多于空穴数量，而P型半导体区内的空穴数量多于电子数量，所以在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差。这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程如下： 最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。 pn结工作原理 如果将PN结加正向电压，即P区接正
详细深入理解PN结工作原理
08-06
新南威尔士大学资深教授深入讲解PN结，PN结是半导体集成电路，太阳能电池的最基础的器件，理解了PN结的工作原理非常有助于理解复杂器件的工作方式，相信这份资料会让你受益匪浅。
pn结工作原理
shendeguang的专栏
02-22 2万+
pn结工作原理 1.2.1 PN结的形成     在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体 1.2.1 PN结的形成      在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:         因浓度差             ↓      多子
半导体 pn 结的原理
DanielZql的博客
10-15 1万+
请先看这个回答，理解一下什么是能带和载流子，半导体的导电性是怎么来的。 导带、价带、禁带、允带都是什么逻辑关系？ - 知乎 然后再解释PN结。 首先假设我们有一块同一种单晶硅制成的P型半导体和N型半导体，他们的导带和禁带能级是一样的，唯一的区别是掺杂能级的位置：   由于掺杂能级的不同，P型半导体和N型半导体具有不同的电子分布和费米能级。纯粹的P型半导体，费米能级位于价带与掺杂能级之...
半导体PN结
m0_46764771的博客
03-05 7691
半导体PN结 一、PN结的形成 1. PN结的组成 由一块P型半导体和一块N型半导体合在一起的中间部位称为PN结 2. 扩散运动与漂移运动 扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，在PN结中表现为多子向对方扩散 漂移运动：载流子（自由电子和空穴）在电场力的作用下定向移动的过程 3. PN结的作用机理 多子的扩散运动会使得部分多子在进入对面区域后发生复合，产生一个空间电荷区。 在这个空间电荷区中，P区充满不可移动的负离子，N区充满不可移动的正离子，因此会产生一个内电场，方向从N极指向P极
1、笔记-PN结的工作原理
weixin_59054255的博客
06-11 1524
一般由大量的三极管、二极管、CMOS管、电阻、电容、电感、导线等组成。这些电子元器件的实现原理，其实就是PN结的实现原理。是构成二极管、三极管、CMOS管等半导体元器件的基础。一个原子由质子、中子和核外电子组成。中子不带电，质子带正电，核外电子带负电，整个原子显中性。一个原子的最外层电子数为8时最稳定。很多的最外层电子数小于4，容易，称为，这些自由移动的电子在电场的作用下，会发生，这就是。所以导体。
PN结的原理
无相
12-19 2734
1．ＰＮ结的形成　　（1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在 载流子浓度的差异 ，这样电子和空穴都要 从浓度高的地方向浓度低的地方扩散 。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为 空间电荷 ，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附
半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验.pdf
06-01
【半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验】 在电子工程和半导体物理学中，PN结是两种不同类型半导体（P型和N型）交界的区域，它的特性至关重要。在这个实验中，我们将深入理解PN结的基本性质，并通过测量弱电流来...
基础电子中的pn结的形成-形成PN结的原理
11-15
PN结是半导体技术中的基本概念，它在电子设备如二极管、晶体管等中扮演着核心角色。本文将深入探讨PN结的形成原理及其重要性质。...这一过程不仅解释了PN结的基本性质，也是理解半导体器件工作原理的关键。
PN结原理
hpx12345678的博客
11-29 5384
PN结有个内部电场，由于空穴和自由电子都朝着中间移动左边会留下步能移动的负离子，右边留下带正电的正离子。实际上整体上看PN结是不带电的。因为它是局部带电总的来看抵消了。 施加正向电压会让PN结内部电场减弱。 施加反向外部电压会让PN结内部场强增大，直到无法导通。 内部场强会阻碍电流导通。 ...
PN结与MOSFET的工作原理（动画演示）
学海无涯的专栏
11-09 1473
导电性：半导体介于导体和绝缘体之间，外部条件变化时， 半导体可以实现导通和不导通之间转换在原子的中心有一个很小的核叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外的空间里绕原子核旋转原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数硅 最外层其实可以容纳8个电子，目前只有4个电子硅原子混在一起， 相当于每个原子核外面都有8个电子，4对共价键，形成硅晶体，非常稳定，导电性差。
PN结原理分析
十月秋的博客
09-10 6143
半导体是由硅、锗等物质组成的导电性介于导体和绝缘体之间的一类物质， 向半导体中掺入杂质或改变光照、温度等可改变其导电能力。 半导体的导电原理 不含杂质的半导体称为本征半导体。 半导体硅和锗的最外层电子有四个，故而称它为四价元素，每一个外层电子称为价电子。 为了处于稳定状态，单晶硅和单晶锗中的每个原子的四个价电子都要和相邻原子的价电子配对，形成所谓的共价键。 共价键中的电子并不像绝缘体中的电子结合的那样紧，由于能量激发（如光照、温度变化），一些电子就能挣脱原有的束缚而成为自由电子。与此同时，某
PN结的形成原理
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关于二极管的原理来自于PN结，下图为本征半导体： 1.空穴与电子 动画中空穴是红的，电子是蓝的，其实我一直对空穴这个概念很抵触，因为从这个动画上来看空穴是不动的。但讲PN结、三极管的时候都会把空穴当成运动的载流子，虽然似乎也不是很难理解。 P型半导体空穴多，容易吸引电子但原子核电荷不够，会形成负电荷。 N型半导体电子多，电子容易逃跑且原子核电荷太多，会形成正电荷。 2.PN结
半导体器件(一) PN结
weixin_39369053的博客
02-10 2833
（一）本征半导体 杂质半导体 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。无杂质、有稳定的结构。 在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。 杂质半导体有两种：N型半导体 P型半导体 N型半导体： 本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价电子，其中 4个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 电子称为多数载流子(简称多子)，Negitive 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原
半导体物理——PN结
wss1355的博客
02-09 3779
当P型半导体和N型半导体接触，N区费米能级高于P区费米能级，电子从N区导带流向P区导带，流过来的电子由于能量下降，很快与价带上的空穴复合，同时P区能带上移，N区能带下降，当两者的费米能级达到同一水平时，N区和P区之间形成势垒，势垒区内存在内建电场，N区电子由于能量不足以跨过势垒，停止移动。施加正向电压后，产生的外电场与内建电场方向相反，两者在空间电荷区叠加产生合电场，若外电场小于内建电场，势垒降低，N区导带电子得到外电场的能量，跨过势垒进入P区导带，N区价带的电子也得到能量跨过势垒；
PN结概念详解
weixin_63026364的博客
10-07 5710
PN结详解
半导体的PN结及其基本特性
BlackDn的博客
04-19 9740
半导体 不多说，首先半导体分为两种 本征半导体：完全纯净，结构完整。由单质组成，比如硅晶体，多为四价元素。 杂质半导体：掺入杂质的半导体。 就像合金一样，本征半导体量少，成本高，说不定有些特性还没杂质半导体好。 半导体中，由于两个相邻原子公用一对电子，形成共价键。由于无规则运动，偶尔有电子离开共价键，此时共价键空了个电子的位置出来，成为空穴，带正电荷。 常用的半导体分为以下两种 N型半导体 本...
半导体pn结的原理讨论集
最新发布
03-08
### 半导体 PN 结工作原理 PN结作为半导体器件的核心结构，其形成过程始于两种不同类型的掺杂硅材料——P型和N型半导体的接触界面。当这两种材料紧密接合在一起时，在交界处形成了一个特殊的区域即为PN结。 #### 载流子扩散运动 在未施加外部电压的情况下，由于浓度差异的存在，N区中的自由电子具有较高的能量状态并趋向于迁移到较低的能量态所在的P区内；与此同时，P区内的空穴也会自发地向N区迁移[^2]。这种由高浓度区到低浓度区自然发生的粒子流动现象被称为载流子的扩散运动。 随着这些带电粒子跨过边界进入对方领域后，它们会在新的环境中找到相反电荷而复合消失，从而留下固定不动的正负离子层，进而建立起内建电场Ei。该电场所产生的力阻止更多来自两侧的多数载流子继续穿越结面，最终达到动态平衡状态下的稳定分布形式。 #### 阻挡层与势垒高度 上述过程中形成的内部静电场构成了所谓的阻挡层或耗尽区，它有效地阻碍了进一步的净电流传输。这个区域内几乎不存在可移动的载流子，因此电阻非常高。同时，为了克服这一障碍实现跨越，任何试图通过此区域传递的有效载流子都需要具备足够的动能来抵消势垒Vbi的影响，这就是所谓的势垒高度[^1]。 #### 外部偏置影响 对于实际应用而言，通常会对PN结施加一定的外加电压以改变其行为模式： - **正向偏压**：如果给定方向使得电源正极连接至P端而负极端连通N侧，则可以削弱原有的内置电位差，降低势垒高度，促进更多的多子注入对面一侧，导致较大的传导电流； - **反向偏压**：反之亦然，若将电池极性颠倒过来布置的话，将会增强原有空间电荷区宽度及其强度，抑制少数量子跃迁事件的发生频率，使漏泄量变得极其微弱甚至接近零安培级别。 综上所述，通过对PN结物理特性的深入理解能够帮助人们更好地掌握各类基于此类基础构建单元设计而成复杂电路元件的工作机制和发展趋势。 ```python import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np def plot_pn_junction(): x = np.linspace(-5, 5, 400) y = (np.tanh(x)) * .8 fig, ax = plt.subplots() ax.plot(x,y,'r',label='Built-in Electric Field') ax.axhline(0,color="black",linewidth=0.5) ax.axvline(0,color="black",linewidth=0.5) ax.fill_between(x[y>0],y[y>0],where=(x<0),facecolor='blue',alpha=.3,label='N-Type Region') ax.fill_between(x[y<0],y[y<0],where=(x>0),facecolor='orange',alpha=.3,label='P-Type Region') ax.set_title('Simplified Representation of a PN Junction') ax.legend(loc='upper right') plt.show() plot_pn_junction() ```
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