pn半导体种类
pn结(pnjunction)物理知识大全
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还在等什么，快来看看这篇pn结(p-njunction)物理知识大全吧~pn结〔p-njunction〕pn结(p-njunction)在一块n型(或p型)半导体单晶上，用适当的工艺方法(如合金法、扩散法和离子注入法等)把p型(或n型)杂质掺入其中，使这块单晶的不同区域分别具有p型和n型的导电类型，在二者的交界面处就形成了pn结。
pn结刚形成时，p区的多数载流子空穴向n区扩散，在n区边界附近与电子复合。
p区失去空穴，在其边界附近就剩下带负电的受主离子;同理，n区电子也向p区扩散，在其边界附近剩下带正电的施主离子。
结果在p区和n区交界面的两侧形成带正、负电荷的区域，称为空间电荷区，也叫耗尽区(多数载流子缺乏)。
空间电荷区内正、负离子电荷总量相等，其中形成的电场方向由n区指向p区，它就是pn结的自建电场。
在平衡时，自建电场的大小正好能阻止空穴和电子进一步扩散，使空间电荷区宽度保持一定。
当结上加正向电压时(即p区接电源正极，n区接负极)，自建电场削弱，使多数载流子(p区的空穴，n区的电子)容易通过pn结，因此电流较大，这时pn 结叫做正偏结，电流称为正向电流;当结上加反向电压时，内建电场增加，只有少数载流子(p区的电子，n区的空穴)易通过pn结，因此电流很小，这时pn结叫做反偏结，电流叫做反向电流。
pn结具有单向导电性，这是pn结最根本的性质之一。
pn结这种整流特性是很多半导体器件和电路的核心。
整流器及许多其他类型的二极管都是只含1个pn结的器件;一般结型晶体管是2个pn构造成的器件;晶体闸流管是含有3个或4个pn结的器件。
这篇pn结(p-njunction)物理知识大全，你推荐给朋友了么?。
半导体器件之pn结器件
直到空穴扩散区以外，空穴扩散电流全部转化为电子漂移电流。 忽略了少子漂移电流后，电子电流便构成了流出N区的正向电流。
空穴电流与电子电流之间的相互转化，都是通过在扩散区内 的复合实现的，因而正向电流实质上是一个复合电流。
温度效应：
理想PN结二极管的反向饱和电流密度JS是热平衡条件下少子 浓度np0和pn0的函数：
而np0和pn0都与ni2成正比，由此可见反向饱和电流密度JS是温 度的敏感函数，忽略扩散系数与温度的依赖关系，则有：
可见，在室温下，只要温度升高10ºC，反向饱和电流密度增 大的倍数将为：
例8.5
温度效应对PN结二极管正、反向I－V特性的影响如下图所示。 可见，温度升高，一方面二极管反向饱和电流增大，另一方面 二极管的正向导通电压下降。
势垒降低
内建电场减弱
空间电荷区缩短
扩散电流>漂移电流
空间电荷区边界处少 数载流子浓度注入
采取小注入假设，多子浓度nn0基本保持不变，
nn= nn0
np
nn0
exp
e Vbi Va
kT
np
nn0
exp
e Vbi Va
kT
nn0
exp
eVbi kT
exp
eVa kT
np
np0
exp
Jp
xn
eDp
dpn x
dx
x xn
在pn结均匀掺杂的条件下，上式可以表示为：
Jp
xn
eDp
d
pn x
dx
x xn
利用前边求得的少子分布公式，可以得到耗尽区靠近N型区
n型半导体、P型半导体
受主型掺杂（情况类似）
如何判断参杂杂质类型
掺杂杂质类型可以从杂质对半导体的逸出功和导电率影响来 判断。 1、用逸出功来判断 如果引入某种杂质后，半导体的逸出功变小，那么这种杂 质是施主型的，相反则为受主型杂质。 2、用导电率来判断 对于n型，凡是使导电率增加的物质为施主型杂质，相反 则为受主型杂质。 对于P型，凡是使导电率下降的物质为施主型杂质，相反 则为受主型杂质。
CO在NiO上催化氧化反应机理
（1）Ni
（2）O
-
2+
+1/2O2→+Ni
3+
O
-
吸
吸+Ni
3++CO（g）→CO
2（吸）+Ni
2+
（3）CO2（吸） →CO2（g）
总式：CO+1/2O2 →CO2
烃类在半导体型催化剂上的脱氢过程
R CH2 CH3 H
R CH2
R CH2=CHR CH H H H2
E
E （ c）
5eV~10eV （ b）
0.2eV~0.3eV
导体
E （ d）
绝缘体
E （ e）
本征半导体
施主能线
受主能线
N型 半 导 体
P型 半 导 体
Ef
Ef
Ef
本征半导体、n型半导体、P型半导体
N型半导体和p型半导体的形成 当金属氧化物是非化学计量，或引入杂质离子或原子可产 生n型、p型半导体。 杂质是以原子、离子或集团分布在金属氧化物晶体中，存 在于晶格表面或晶格交界处。这些杂质可引起半导体禁带 中出现杂质能级。 如果能级出现在靠近半导体导带下部称为施主能级。施主 能的电子容易激发到导带中产生自由电子导电。这种半导 体称为n型半导体。 如果出现的杂质能级靠近满带上部称为受主能级。在受主 能级上有空穴存在。很容易接受满带中的跃迁的电子使满 带产生正电空穴关进行空穴导电，这种半导体称为p型半 导体。
pn半导体的工作原理
pn半导体的工作原理
PN半导体的工作原理基于P型半导体和N型半导体之间的P-
N结。
P型半导体中掺杂有三价元素，如硼（B），形成了大
量的空穴（正电荷载体）。
N型半导体中掺杂有五价元素，如磷（P），形成了大量的电子（负电荷载体）。
当P型半导体和N型半导体通过P-N结连接起来时，由于P
型半导体和N型半导体之间的掺杂不平衡，会形成一个电势垒。
这个电势垒阻止了空穴和电子的自由扩散，使得在P型
半导体区域会形成一个带正电荷的区域，称为P区；在N型
半导体区域会形成一个带负电荷的区域，称为N区。
当在P区施加一个正电压，使得P区的势垒减小，空穴会被
足够的能量激发跨越势垒，进入N区。
同时，电子也被足够
的能量激发，从N区进入P区。
这就形成了一个电子从N区
到P区的电流，并且伴随着空穴从P区到N区的电流，这个
电流称为漏电流。
当在N区施加一个负电压，使得N区的势垒增大，空穴和电
子受到势垒的阻碍，无法跨越势垒。
此时，P-N结处几乎没有
电流流动。
因此，PN半导体的工作原理就是基于P-N结上的势垒的控制，通过施加适当的电压，控制电子和空穴的流动，达到控制电流的目的。
半导体技术之-PN结基础知识
（2-69）
在正向偏置情况下，取 I I 0 eV VT，导出
dV dT
I 常数
V T
VT
1 I0
dI0 dT
dI dT
V 常数
I
1 I0
dI 0 dT
V TVT
将（2-69）式代入（2-70）和（2-71）式中，得到
dV
V
Eg0
q
dT
T
（2-72） 和
m
x
0 0
（c ）
• 单边突变结电荷分 布、电场分布、电 势分布
（a）空间电荷分布
（b）电场
（c）电势图
➢ 利用中性区电中性条件导出空间电荷区内建电势差公式:
0
n
p
VT
ln
Nd Na ni2
➢ 解Poisson方程求解PN结SCR内建电场、内建电势、内建电势差和耗尽层宽度：
m 1
x xn
qNd xn2 2k 0
➢ 空间电荷区载流子通过复合中心复合的最大复合率条件：
n p ni eV 2VT
最大复合率为:
U max
ni 2 0
eV
2VT
➢ 正偏复合电流和反偏产生电流分别为：
I rec
qAniW
2 0
eV 2VT
I R eV 2VT
IG
qAU W
qni AW 2 0
由于空间电荷层的宽度随着反向偏压的增加而增加因而反向电流是不饱和的。
是稳态载流子输运满足扩散方程
1.3 理想P-N结的直流电流-电压特性
2.3 理想P-N结的直流电流-电压特性
理想的P-N结的基本假设及其意义 ➢ 外加电压全部降落在耗尽区上，耗尽区以外的半导体是电中性的，这意
半导体基本器件及应用电路
半导体基本器件及应用电路1. 引言半导体基本器件是现代电子技术的基石，广泛应用于各个领域的电路设计中。
本文将介绍一些常见的半导体基本器件及其在电路中的应用。
2. 二极管二极管是一种具有两个电极的半导体器件，通常由PN结构组成。
它具有单向导电性，当施加正向电压时，电流可以流过二极管；而当施加反向电压时，电流几乎不会通过二极管。
2.1 理论原理二极管的导电特性可以通过PN结构的电子云移动来解释。
当施加正向电压时，P区的空穴趋向于向N区移动，而N区的电子趋向于向P区移动。
因此，在PN结处形成一个空穴和电子云的复合区域，称为耗尽区。
2.2 应用示例二极管广泛应用于电路中的整流器、电压稳定器和开关等电路中。
在整流器中，二极管可以将交流信号转换为直流信号；在电压稳定器中，二极管可以使输出电压稳定在一个恒定的值；在开关电路中，二极管可以用作开启或关闭电路的开关。
3. 三极管三极管是一种具有三个电极的半导体器件，通常由两个PN结构组成。
它可以放大电流和信号，并在电路中起到放大和开关作用。
3.1 理论原理三极管的原理可以通过PNP或NPN三层结构的电子云移动来解释。
当施加正向电压时，电子从PN结中的N区向P区移动，从而导致电流流动；而当施加反向电压时，电子从N区向P区移动，导致电流几乎不流动。
3.2 应用示例三极管在放大器和开关电路中得到了广泛应用。
在放大器电路中，三极管可以放大小信号输入，并将其输出为大信号；在开关电路中，三极管可以打开或关闭电路。
4. MOSFETMOSFET是一种金属氧化物半导体场效应管，是现代电子技术中最常见的半导体器件之一。
它具有高输入阻抗、低功耗和高速开关特性。
4.1 理论原理MOSFET是由一个PN结和一个金属-氧化物-半导体结构组成。
在接通时，当正向电压施加至栅极和源极之间时，形成一个电子通道，导致电流流动。
在截止时，电子通道被切断，电流不再流动。
4.2 应用示例MOSFET在集成电路和功率电子设备中得到了广泛应用。
半导体基础知识及PN节
半导体基础知识及PN节（图）整流性能和放大性能。
我们知道，世界上的任何物质都是由原了构成的。
原子中间都有一个原子核和者绕原子核不停地旋转酌电子。
不同元素的原子所包含的电子数目是不同的的原子核周围有32个电子，围绕着原子核运动。
原子核带有正电荷．电子带有负荷；正电荷的数量刚好和全部电子的负电荷数量相等，所以在平时锗原子是中性的。
电子围绕原子核运动，和地球围绕太阳远行相似。
在核的引力作用下，电子成几层按完全确定的轨道运行，而且各层所能容纳的电子数日也有一定规律。
如所示：在锗原子核周围的32个电子组成四层环，围绕原子核运动。
从里往外数，一层环上有2个电子，其余依次为8、18、4个电子。
凡是环上的电子数为2、 8、时．这些环上的电子总是比较稳定的。
若环上的电子数不等于以上各数时，这些上的电子总是不太稳定。
因此，锗原子结构中，第一、二、三层的电于是稳定的，只有第四层(即最外一“层)的4个电于是不稳定的。
因最外一层的电子没有填满到规定的数目。
我们最外一层的电子叫做价电子。
一般来说，最外层有几个价电子，其原子价就为几锗的最外层有4个价电子，所以锗的原子价为4。
受外界作用，环上的电子可以克服原子核的吸引力而脱离原子，自由活动成自由电子。
这些自由电子在电场力的作用下，产生空间运动，就形成了电流。
可想像，由于最外层的价电子离核比较远，所受引力最小，所以最容易受外界影响形成自由电子。
因此，从导电性能看，价电子是很重要的。
我们所说的锗元素就依靠它最外层的4个价电子进行导电的。
锗晶体内的原子很整齐的排列着。
个原子间有相互排斥的力量，而每个原子除了吸引自己的价电子外，还吸引相邻子的价电子。
因此，两个相邻原子的价电子便成对地存在。
这一对电子同时受这个原子核的吸引，为它们所“共有”。
这两个相邻原子也通过这个电子对被联系一起。
这样，电子对就好像起了键(联结)的作用，我们叫它共价键。
每一个锗原以其4个价电子与其他4个锗原子的价电子组成4个共价键而达到稳定状态。
npn型硅管
npn型硅管Pn型硅管是一种常见的半导体器件，广泛应用于电子设备中。
它具有导通和截止两种状态，可在电路中起到控制电流的作用。
接下来，我们将详细了解NPn型硅管的结构、电气特性、应用领域以及选购与使用的注意事项。
一、NPn型硅管的基本概念Pn型硅管是指具有N型半导体基底、P型半导体层和N型半导体层的双极型晶体管。
其中，N型半导体具有自由电子，P型半导体具有空穴，两者结合后形成电流。
在电路中，NPn型硅管的基极（B）与发射极（E）之间的导通状态由电流控制，从而实现对集电极（C）电流的控制。
二、NPn型硅管的结构特点1.基区：NPn型硅管的基区宽度较窄，有利于控制电流。
2.发射区：发射区宽度较宽，有助于提高电流放大能力。
3.集电区：集电区连接到电路的外部，电流通过集电区可实现电路的放大。
4.发射极和基极之间的P型半导体层：这一层具有较低的杂质浓度，有助于降低电流的泄漏。
三、NPn型硅管的电气特性1.直流特性：在直流电路中，NPn型硅管的基极电流与发射极电流呈正比例关系。
2.交流特性：在交流电路中，NPn型硅管的电流放大倍数随着频率的增加而减小。
3.开关速度：NPn型硅管的开关速度较快，有利于高速电路的应用。
四、NPn型硅管的应用领域1.放大电路：NPn型硅管可用于放大电压、电流信号，广泛应用于音频、视频等领域。
2.开关电路：NPn型硅管具有良好的开关性能，可用于电源开关、信号开关等。
3.振荡电路：NPn型硅管可作为振荡器的核心元件，实现正弦波、方波等信号的产生。
五、选购与使用NPn型硅管的注意事项1.选购时要注意产品的型号、规格、封装等参数，确保与电路设计相匹配。
2.使用前，对硅管进行检测，确保其性能合格。
3.在焊接过程中，注意焊接温度和时间，避免对硅管造成损坏。
4.合理布局电路，确保NPn型硅管的工作温度不超过额定值。
总之，NPn型硅管作为一种重要的半导体器件，在电子电路中具有广泛的应用。
PN结
等效门 ）
1977年：超大规模集成电路（VLSI ，以 64K DRAM 、16位
CPU 为代表 ）
1986年：巨大规模集成电路（ULSI，以 4M DRAM 为代表 ，
8 ×106 元件，91 mm2，0.8 m ，150 mm ）
1995年：GSI（以1G DRAM 为代表，2.2 ×109 元件，700 mm2，
为‚耗尽区‛。
中性近似：假设耗尽区以外多子浓度等于电离杂质浓度 ，因 而保持电中性。这时这部分区域又可称为‚中性区‛。 P区 NApp0 N区 ND+ nn0
NA-
ND+
2、内建电场
对于突变结，当采用耗尽近似后，在 N 区的耗尽区中，泊松 方程为：
dE q ND dx s
积分一次，得
E ( x)
杂质
p
n型衬底
n型衬底
n型衬底 n型衬底
n型衬底 n型衬底
n型衬底 n型衬底
(表面制备)
(氧化)
(光刻)
(扩散)
(p-n结)
pn结的形成和杂质分布
1．合金法
N(x) NA
•用合金法制备的p-n结一般为突变结:
突变结杂质分布:
x x j : N ( x) N A x x j : N ( x) N D
q
s
ND x C
由边界条件： 在 x xn 处，E ( x) 0
可求得常数 C 为：
于是可得
C
q
q
s
N D xn
（2-5a）
E ( x)
s
x xn N D 0 x xn
同理，在 P 区耗尽区中求解泊松方程，得
PN接面及半导体基础知识
PN接面及半导体基础知识pn结pn结（pn junction）採用不同的掺杂工艺，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,在它们的交介面就形成空间电荷区称pn 结。
pn结具有单向导电性。
p是positive的缩写，n是negative的缩写，表明正荷子与负荷子起作用的特点。
一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是p型半导体，另一部分掺有施主杂质是n型半导体时，p 型半导体和n型半导体的交介面附近的过渡区称为pn结。
pn结有同质结和异质结两种。
用同一种半导体材料製成的 pn 结叫同质结，由禁频宽度不同的两种半导体材料製成的pn结叫异质结。
製造pn结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。
製造异质结通常採用外延生长法。
p型半导体（p指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴； n型半导体（n指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。
在 p 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。
在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。
n 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。
当p型和n型半导体接触时，在介面附近空穴从p型半导体向n型半导体扩散，电子从n型半导体向p型半导体扩散。
空穴和电子相遇而複合，载流子消失。
因此在介面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。
p 型半导体一边的空间电荷是负离子，n 型半导体一边的空间电荷是正离子。
正负离子在介面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。
在pn结上外加一电压，如果p型一边接正极，n型一边接负极，电流便从p 型一边流向n型一边，空穴和电子都向介面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。
如果n型一边接外加电压的正极，p型一边接负极，则空穴和电子都向远离介面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。