二极管工 作原理

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二极管工 作原理

  那是1947年的一个冬天,贝尔实验室的三位科学家发明了三极管,改变了世界,推动了全球的半导体电子工业。于是10年后又一个冬天,哥仨一起获得了诺贝尔物理学奖。然而这三极管可不是被凭空发明出来的,从结构上看,她是由两个二极管组成,绝逼二极管“干儿子”。今天电子产品世界小编为您带来 “干爹”二极管的传奇故事。

本文引用地址:  1 二极管工作原理:二极管=PN结+马甲儿

  在半导体性能被发现后,二极管成为了世界上第一种半导体器件,目前最常见的结构是,在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管,甚至可以说二极管实际上就是由一个PN结构成的,因此二极管工作原理约等于PN的工作原理,小编从源头讲讲二极管(PN结)到底是怎么来的?

  1.1 二极管工作原理:二极管PN节的好哥俩:P型半导体、N型半导体

  我们一般根据导电能力(电阻率)的不同将物体来划分导体、绝缘体和半导体。更通俗地讲,完全纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体。主要常见代表有硅、锗这两种元素的单晶体结构。但实际半导体不能绝对的纯净,这类半导体称为杂质半导体。

  P型半导体

  如果我们在纯硅中掺入少许的硼(最外层有3个电子),就反而少了1个电子,而形成一个空穴,这样就形成P型半导体(少了1个带负电荷的原子,可视为多了1个正电荷)。因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时,缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。

二极管工 作原理

  图1.P型半导体的共价结构

  在P型半导体中空穴是多数载流子,它主要由掺杂形成;自由电子是少数载流子,由热激发形成。空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。

  N型半导体

  如果在纯硅中掺杂少许的砷或磷(最外层有5个电子),就会多出1个自由电子,这样就形成N型半导体,因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键,而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子,如图1所示。

二极管工 作原理

  图2. N型半导体的共价结构

  在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供;空穴是少数载流子,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子,因此五价杂质原子也称为施主杂质。

  1.2 PN结=P∩N(注:“∩”交集)

  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型半导体后,两种半导体的交界面附近的区域为PN结,如图3所示。在空间电荷区,由于缺少多子,所以也称耗尽层。

二极管工 作原理

  图3.PN结原理图

  PN结的每端都带电子,这样排列使电流只能从一个方向流动。当没有电压通过二极管时,电子就沿着过渡层之间的汇合处从N型半导体流向P型半导体,从而形成一个耗尽区。在损耗区中,半导体物质会回复到它原来的绝缘状态--所有的这些“电子空穴”都会被填满,所以就没有自由电子,也就没有电流流动。

 2 二极管工作原理:二极管PN节的单向导电特性---最最最最最重要!

  2.1二极管小实验

  在电子电路中,将二极管的正极(P区)接在高电位端,负极(N区)接在低电位端,二极管就会导通,这种连接方式称为正向偏置。必须说明,当加在二极管两端的正向电压很小时,二极管仍然不能导通,流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”,锗管约为0.2V,硅管约为0.6V)以后,二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变(锗管约为0.3V,硅管约为0.7V),称为二极管的“正向压降”。

  将二极管的正极(P区)接在低电位端,负极(N区)接在高电位端,此时二极管中几乎没有电流流过,此时二极管处于截止状态,这种连接方式,称为反向偏置。二极管处于反向偏置时,仍然会有微弱的反向电流流过二极管,称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值,反向电流会急剧增大,二极管将失去单方向导电特性,此时二极管被击穿,这就是二极管的反向击穿特性,将在下一节介绍。

  2.2 二极管上升到理论

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