VI PN结二极管的特性

半导体是一种介于金属和绝缘体之间的具有电阻率和导电性的材料。根据纯度半导体有两种类型：本征半导体是一种纯半导体，不存在任何显着的掺杂剂（杂质）种类。本征半导体也称为未掺杂半导体，外在半导体是一种掺杂有杂质的半导体，称为非本征半导体。

pn结二极管

Junction generally means the area or point that bounds two different parts, similarly in diodes junction is a boundary of two semiconductor materials i.e. the p-type and the n-type, semiconductor.

pn结中的p侧具有半导体的正侧并且它具有过量的空穴，而n侧具有过量的电子，因此它是负侧。半导体中的pn结是通过掺杂的方法发展起来的。在半导体中添加杂质称为掺杂。

pn结的形成

让我们理解一个例子，考虑一个薄的 p 型硅半导体片。如果我们在其中添加少量五价杂质（具有五价），一部分 p 型硅将转化为 n 型硅。该片现在将包含两个区域，即 p 型和 n 型区域，并且在两个区域之间创建一个结。

• 在形成 pn 结之后有两种类型的工艺——扩散和漂移。众所周知，扩散是随着粒子从高浓度向低浓度流动的过程，由于结两侧的电子和空穴浓度不同，电子从n侧扩散到p侧。 - 侧和 p 侧的空穴扩散到 n 侧。这导致扩散电流增加。
• 此外，在 n 侧留下了一个电离的供体，这是当电子从 n 侧扩散到 p 侧时产生的固定电荷。作为这个过程的结果，在结的 n 侧形成了一层正电荷。
• 类似地，当一个空穴从 p 侧移动到 n 侧时，一个电离的受主留在 p 侧，导致在结的 p 侧形成一层负电荷。结两侧的负 (-) 和正电荷 (+) 区域称为耗尽区。
• 形成从正电荷到负电荷的电场方向，由于结两侧的这个正电荷区域，由于这个电场，发生了电子和空穴的流动。这被称为漂移运动。一般来说，漂移电流的方向与扩散电流的方向相反。

前向偏差

pn结的正向偏压

在偏置半导体连接到外部源。当 p 型半导体连接到源或电池的正极端子而负极端子连接到 n 型时，则称这种类型的结是正向偏置的。在正向偏压中，结附近的内建电场方向与外加电场方向相反。这意味着合成电场的大小小于内置电场。因此，电阻率较小，因此耗尽区较薄。在硅中，电压为 0.6 V 时，耗尽区的电阻完全可以忽略不计。

反向偏置

pn结的反向偏压

在反向偏置中，n 型连接到电池的正极，p 型连接到电池的负极。在这种情况下，外加电场和内建电场方向相同，电场的合成强度比内建电场大，电阻更大，因此耗尽区更厚。如果施加的电压变大，则耗尽区变得更电阻和更厚。

p-n Junction Formula

The potential difference created by the electric field in the p-n junction is given by:

E_o = V_T ln [N_d N_a / n_i²] 

where

• E_o  junction voltage at no bias,
• V_T is the thermal voltage at room temperature i.e. 26mv,
• N_d and N_a are the concentrations of impurity and
• n_i is intrinsic concentration.

六、pn结二极管的特性

pn结二极管的VI特性

• 在正向偏置条件下，p 型连接到电池的正极，n 型连接到电池的负极，在这种情况下，势垒会降低。对于锗二极管，当电压为 0.3 V 时，对于硅二极管，当电压为 0.7 V 时，势垒减小，并且有电流流动。
• 当二极管处于正向偏置时，由于施加在二极管上的电压越过了势垒，电流缓慢增加，得到的曲线是非线性的。一旦二极管越过势垒，二极管表现正常，曲线随着外部电压的进一步增加而急剧上升，得到的曲线是线性的。
• 当PN结二极管处于反向偏压状态时，这导致势垒增加，电阻也增加。少数载流子存在于结中，这会在开始时产生反向饱和电流。
• 如果施加的电压迅速增加，由于少数电荷载流子影响多数电荷，动能会增加。在这个阶段，二极管击穿。或电压称为击穿电压，这也可能会破坏二极管。

示例问题

问题1：当硅掺杂铟时，它会导致哪种类型的半导体？

回答：

As we know, Valency of Indium is 3 therefore it is Trivalent in nature, when it is doped in Silicon it has majority of holes, that’s why it is of p-type semiconductor.

问题 2：晶体管的电流增益为 30 安培。如果集电极电阻为6 kΩ，输入电阻为1 kΩ，计算其电压增益。

回答：

Given,

R_in =1 kΩ  and R_out = 6k Ω  

∴ R_gain =  R_out/R_in  =  6/1 = 6  

Voltage gain = current gain × Resistance gain  

                     = 30 × 6 =180

问题3：写孔的特征。

回答：

Following are the characteristics of holes:

• A hole is equivalent to a positive electric charge.
• The mobility of a hole as compare to that of an electron is less.

问题 4：说出导致以下结果的偏差类型：

a) 阻力增加，

b) 抵抗力下降和

c) 增加耗尽区的宽度。

回答：

a) In reverse bias resistance increases.

b) In forward bias resistance decrease.

c) In reverse bias there is increase in the width of depletion region take place.

问题5：本征半导体中电子和空穴的比例是多少？

回答：

Number of electrons = n_e

Number of holes = n_h

In intrinsic semiconductor, n_e = n_h

n_e/n_h = 1 

问题 6：定义术语 pn 结击穿电压。

回答：

In reverse bias condition, when the applied voltage increases gradually at a certain point there is increase in reverse current noticed, this is junction breakdown, corresponding applied voltage is known as breakdown voltage of p-n junction diode.