PN结

本文总结了PN结的工作状态,包括正向偏置时的导通和反向偏置时的截止,以及PN结的电流方程。还详细解释了PN结的电容效应,包括势垒电容CB和扩散电容CD,强调了扩散电容在PN结正偏时的角色。

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一直不太能理解PN结问题,今天学习了来做一做总结。

PN结正向偏置:低阻状态,导通状态
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PN结反向偏置:高阻态,近似于截止状态
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PN结电流方程:
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UT:等效电压——>KT/q
Is:反向饱和电流
阳极为P区,阴极为N区
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PN结的电容效应 :
(1) 势垒电容CB :(耗尽层宽窄变化)(反偏)
(2) 扩散电容CD
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扩散电容是由多子扩散后,在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时,由N区扩散到P区的电子,与外电源提供的空穴相复合,形成正向电流。反之,由P区扩散到N区的空穴,在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。

当外加正向电压不同时,扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同,这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容
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04-10
### PN构与工作机制 #### 1. PN的基本概念 PN是由P型半导体和N型半导体接触形成的界面区域。在P型半导体中,通过掺杂三价元素(如硼、镓等),形成空穴为主要载流子的区域[^3]。而在N型半导体中,则通过掺杂五价元素(如磷、砷等),使电子成为主要载流子。 当P区和N区相互靠近时,在交界处会发生载流子扩散现象:P区的空穴向N区扩散,而N区的电子则向P区扩散。这种扩散过程导致了边界附近负电荷分离的现象,从而形成了一个内建电场[^2]。 #### 2. 内部构分析 PN的核心部分是一个耗尽层(depletion region)。在这个区域内几乎没有可移动的自由载流子存在,因为所有的自由电子已经迁移到P区填补空穴,反之亦然。因此该区域仅剩下固定的离子化施主或受主杂质。 - **空间电荷区** 耗尽区内包含了来自两侧的不同类型的固定离子——即P侧暴露出来的负离子以及N侧留下的离子。这些静电力共同作用构成了强大的静电势垒,阻止进一步自然发生的净粒子流动。 - **内建电压 (Vbi)** 这一势垒的高度通常称为内置电位差或者内部压(Vbi),它的大小取决于材料特性和掺杂浓度等因素[^1]。 #### 3. 工作机制详解 根据外部条件的变化,PN表现出不同的电气行为: - **置** 当电源将阳极连接到P端并将阴极接到N端时定义为向应用电压。此时外加电场削弱原有的阻挡层效应允许更多的少子注入跨越界面进入对方领域造成显著电流流通路径开启状态发生明显导通效果[^2]。 - **反向置** 如果把电池反过来接线让P区承受低能量级同时给予高能级给定于n区那么现在的情况好相反原来较弱的方向得到了加强使得几乎没有任何实际意义上的传导能够实现除非达到特定临界点才会触发雪崩击穿之类极端状况出现大范围破坏性后果。 另外值得注意的是即使处于零伏条件下也存在着极其微小量级泄漏暗电流主要是由热激发产生的少数载体穿越禁带完成迁移所致[^1]。 ```python def pn_junction(voltage, type_of_bias="forward"): """ Simulate basic behavior of a PN junction based on applied voltage and bias direction. Args: voltage (float): Applied external voltage across the PN junction. type_of_bias (str): Either 'forward' or 'reverse'. Returns: str: Description of current flow through the junction under given conditions. """ if type_of_bias == "forward": if voltage > 0: return f"With {voltage} V forward bias, significant current flows." else: return "No substantial current with zero or negative forward bias." elif type_of_bias == "reverse": if abs(voltage) >= breakdown_voltage(): return "Breakdown occurs due to high reverse voltage!" else: return "Minimal leakage current observed." def breakdown_voltage(): """Placeholder function representing typical breakdown threshold.""" return 5.0 # Example value; actual depends on material & doping levels. print(pn_junction(0.7)) # Forward biased example print(pn_junction(-6, "reverse")) # Reverse biased near breakdown point ``` 相关问题
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