?半導體的基礎—PN結(jié)

為啥說PN結(jié)是基礎呢？

因為BJT是由PN結(jié)構成的，MOS管也是基于PN結(jié)的。

那PN結(jié)又是由什么構成的呢？

PN結(jié)是由P型半導體和N型半導體構成的。

那什么又是P型半導體呢？什么叫N型半導體呢？

像純硅，稱之為本征半導體，但是本征半導體里的載流子太少，沒啥用。

想要增加載流子濃度，就要摻雜。

那什么叫摻雜呢？

硅最外層有四個電子，稱為價電子。當外層價電子數(shù)為8時，原子最穩(wěn)定。

本征半導體上，一個硅原子周圍有4個硅原子，這4個硅原子分別出一個價電子與中間的硅原子的4個價電子結(jié)合，形成共價健。這樣，對每個硅原子來說，就有8個價電子。

就像我有個女兒，我朋友有個兒子，我女兒認我朋友做干媽，我朋友兒子認我做干媽，這樣，我和我朋友就都既有女兒又有兒子了。

硅形成的本征半導體也一樣，我拿出一個價電子，你拿出一個價電子，這樣，我們就都有兩個價電子了。

外圍都有8個價電子，穩(wěn)定是穩(wěn)定了，但是也是板磚一塊，沒啥用啊。

摻雜，就是用價電子數(shù)比硅多的原子或價電子數(shù)比硅少的原子來取代其中的一些硅原子。讓自由載流子數(shù)多起來。

比如說P原子，有5個價電子。拿出4個，與周圍的4個硅原子共享后，還多一個電子。這個電子就成為自由電子。

再比如說B原子，有3個價電子。那個周圍的4個硅原子，只有3個形成共價鍵了，還有一個，只有孤零零的一個電子，旁邊空出來一個位置?？昭ň彤a(chǎn)生了。

那PN結(jié)都有啥作用呢？

這就要看PN結(jié)處在什么狀態(tài)下了。一個PN結(jié)，結(jié)的一頭是P型半導體，結(jié)的另一頭是N型半導體。P型的那頭，我們稱為陽極，N型的那頭，我們稱為陰極。

我們可以對PN結(jié)什么都不干，也可以給他施加正向電壓，也可以給他施加反向電壓。

那如果不對PN結(jié)做什么，它會發(fā)生什么呢？

當PN結(jié)外部沒有電壓時。表面看，好像什么都沒發(fā)生。但其實內(nèi)部也是風起云涌。

想知道內(nèi)部發(fā)生什么，我們又需要先了解載流子的兩種運動方式。

一種，我們稱之為擴散運動，對應形成的電流稱為擴散電流。

擴散運動是由濃度梯度引起的，就是說，載流子會自發(fā)的從高濃度地方向低濃度運動。

另一種，被稱之為飄移運動，對應形成的電流稱為飄移電流。

飄移運動是由電場引起的，載流子受到電場力的作用而運動。

外部無任何連接的PN結(jié)，內(nèi)部主要是擴散電流。

N型半導體中，載流子主要是電子，電子多，空穴少。

P型半導體中，載流子主要是空穴，空穴多，電子少。

電子會想從N型半導體處，流向P型半導體處?？昭▌t是想從P型半導體流向N型半導體。從而形成擴散電流。所謂空穴流動，其實也是電子的流動，因為空穴指的是電子流動出去，而形成的空的位置。

當電子從N型半導體流出時，就會留下陽離子；而空穴從P型半導體流出，則會留下負離子。

這些正負離子，分布在PN結(jié)附近的兩邊，形成耗盡區(qū)。之所以稱其耗盡區(qū)，是因為在這區(qū)域，自由載流子都被耗盡了。

這個耗盡區(qū)則會產(chǎn)生電場，這個電場對載流子產(chǎn)生的力與載流子流動的方向相反，所以會阻礙擴散電流的形成。等兩者達到平衡時，則PN結(jié)則處于無電流流動的狀態(tài)。

那如果對PN結(jié)施加反向電壓呢，所謂反向電壓，即是在n端加正電壓，p端加負電壓。

因為外接電壓產(chǎn)生的電場與內(nèi)部PN結(jié)處的電場同向，所以會增強PN結(jié)處的內(nèi)電場。而內(nèi)電場的增強，則需要更多的正負離子形成。所以耗盡區(qū)會變寬。

如果將n端和p端，看成兩個平板，而中間的正離子和負離子，則可看做平板上的電荷。此時，PN結(jié)近似于一個電容。

耗盡區(qū)增寬，可以看作兩平板之間的距離拉大，即電容容值變小。

所以嘍，當加反向電壓時，雖然增強的電場會阻礙擴散電流的流動，但是它確提供了一個重要的功能。

那就是，當反向電壓變化時，PN結(jié)呈現(xiàn)出來的容值也變化，這個特性就相當于一個可調(diào)電容在手啊。

那如果PN結(jié)上施加正向電壓呢？

所謂正向電壓，就是p端加正電，n端加負電。

當施加正電壓時，外部電壓產(chǎn)生的電場會削弱內(nèi)部電場，進而使得擴散電流的阻力減小，所以會有更多的載流子的流動，進而產(chǎn)生大的擴散電流。

這時，兩端對應的多子的濃度變化相對不太明顯，但是少子的濃度則迅速增加。

PN結(jié)兩端的正向電壓與電流呈如下關系：

當施加在PN結(jié)兩端的正向電壓增加60mV時，電流增加10倍。