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三極管的工作原理

2023-12-05

1、N型半導(dǎo)體:又稱為電子型半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中通過特殊工藝摻入少量的五價元素(如磷、砷、銻等)而形成,其內(nèi)部自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。所以,N半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶負(fù)電的多數(shù)載流子——自由電子,而少數(shù)載流子是空穴。N型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電。由于自由電子主要由所摻入的雜質(zhì)提供,所以摻入的五價雜質(zhì)越多,自由電子的濃度就越高,導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。而空穴由熱激發(fā)形成,環(huán)境溫度越高,熱激發(fā)越劇烈。


2、P型半導(dǎo)體又稱為空穴型半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中摻入三價元素(如硼)而形成,其內(nèi)部空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度。所以,P型半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶正電的多數(shù)載流子——空穴,而少數(shù)載流子是自由電子。P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電。由于空穴主要由所摻入雜質(zhì)原子提供,摻入三價的雜質(zhì)越多,空穴的濃度就越高,導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。而自由電子是由熱激發(fā)形成,環(huán)境溫度越高,熱激發(fā)越激烈。


3、PN結(jié)及特性:P型和N型半導(dǎo)體接觸時,在界面附近空穴從P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散,電子從N型半導(dǎo)體向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散??昭ê碗娮酉嘤龆鴱?fù)合,載流子消失。因此在界面附近的結(jié)區(qū)中有一段距離缺少載流子,卻有內(nèi)建一個由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場。由于內(nèi)電場是由多子建成,所以達(dá)到平衡后,內(nèi)建電場將阻擋多數(shù)載流子的擴(kuò)散,但不能阻止少數(shù)載流子。P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子一旦接近PN結(jié),便在內(nèi)電場的作用下漂移到對方。


下面,講一下PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?/span>


外加正向電壓(正偏):在外電場作用下,多子將向PN結(jié)移動,結(jié)果使空間電荷區(qū)變窄,內(nèi)電場被削弱,有利于多子的擴(kuò)散而不利于少子的漂移,擴(kuò)散運(yùn)動起主要作用。結(jié)果,P區(qū)的多子空穴將源源不斷的流向N區(qū),而N區(qū)的多子自由電子亦不斷流向P區(qū),這兩股載流子的流動就形成了PN結(jié)的正向電流。


外加反向電壓(反偏):在外電場作用下,多子將背離PN結(jié)移動,結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬,內(nèi)電場被增強(qiáng),有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散,漂移運(yùn)動起主要作用。漂移運(yùn)動產(chǎn)生的漂移電流的方向與正向電流相反,稱為反向電流。因少子濃度很低,反向電流遠(yuǎn)小于正向電流。當(dāng)溫度一定時,少子濃度一定,反向電流幾乎不隨外加電壓而變化,故稱為反向飽和電流。


4、擴(kuò)散和漂移:多數(shù)載流子移動時擴(kuò)散,少數(shù)載流子移動時漂移。


5、復(fù)合:電子和空穴相遇就會復(fù)合,大量的電子-空穴對復(fù)合就形成電流。


6、空間電荷區(qū):也稱耗盡層。在PN結(jié)中,由于自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動和內(nèi)電場導(dǎo)致的漂移運(yùn)動,使PN結(jié)中間的部位(P區(qū)和N區(qū)交界面)產(chǎn)生一個很薄的電荷區(qū),它就是空間電荷區(qū)。在這個區(qū)域內(nèi),多數(shù)載流子已擴(kuò)散到對方并復(fù)合掉了,或者說消耗殆盡了,因此空間電荷區(qū)又稱為耗盡層。P區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)負(fù)電荷,N區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)正電荷,因此空間電荷區(qū)出現(xiàn)了方向由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場。內(nèi)電場將阻礙多子的擴(kuò)散,而少子一旦靠近PN結(jié),便在內(nèi)電場的作用下漂移到對方。


PN結(jié)正偏時,內(nèi)電場減弱,有利于多子的擴(kuò)散而不利于少子的漂移;PN結(jié)反偏時,擴(kuò)散運(yùn)動使空間電荷區(qū)加寬,內(nèi)電場增強(qiáng),有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散。


7、內(nèi)電場:PN結(jié)附近空間電荷區(qū)中,方向由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場。內(nèi)電場對多數(shù)載流子起隔離作用,而對少數(shù)載流子起導(dǎo)通作用。


8、載流子:可以自由移動的帶有電荷的物質(zhì)微粒,如電子和離子。金屬中為電子,半導(dǎo)體中有兩種載流子即電子和空穴。


9、少數(shù)載流子:P型半導(dǎo)體地少數(shù)載流子是自由電子,N型半導(dǎo)體中是空穴。


10、二極管:單向?qū)щ娦?。正偏多?shù)載流子可以通過,反偏少數(shù)載流子可以通過。反偏時P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體不能提供源源不斷的少數(shù)載流子,所以反偏近似無電流。


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