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  • 【计算机的物理实现】PN结的单向导电性

    上一篇文章介绍了什么是PN结,接下来说说PN结有哪些特性。

    主要讲三个东西,1是PN结的单向导电性,2是PN结在电路中的伏安特性,3是PN结的电容效应。分三篇文章写。

    首先是单向导电性。

    我们把PN结连到电路中,看看会发生什么。

    PN结连到电路中要分两种情况讨论,一种是P型半导体接正极,这种接法称为正向偏置。另一种是N型半导体接正极,这种接法称为反向偏置。

    我们先看正向偏置。如图:

    正向偏置时,P区的电子就会跑向电源正极,那么因为P区失去了一些电子那么负离子就减少了。同样的,电源又会使电子从负极走向N区,这样又补充了N区因为扩散运动而失去的电子,那么N区的正离子也会减少。这样一来,因为P区的负离子和N区的正离子都减少了那么整个空间电荷区也就变窄了,或者说内电场变小了。但是,如果电压并不是很大的时候,电路中也只能有一定大小的电流。我们知道所谓的电流大小就是单位时间内能跑过去的电子数量。那么外加电压不够大时,电子跑的速度也就那么大,那么慢慢的从N区扩散过来的电子又会因为来不及都跑到电源正极又会开始在P区堆积又会反过来增强内电场最后又形成一个新的动态平衡。只不过由于外加电压的缘故这次的结果使空间电荷区变窄了。而且当外加电压大到一定程度时空间电荷区会完全消失。这个使空间电荷区完全消失的临界电压值称为导通电压。总之,当PN结正向偏置时电流大小取决于外加电压。而且因而N区掺杂的缘故有大量的电子所以可以形成较大的正向电流。

    我们再看看反向偏置。如图:

    反向偏置时,P区的空穴和N区的电子都会远离PN结向两侧移动。那么P区的负离子和N区的正离子都增大了,也就是整个空间电荷区变厚了。因为外电场的作用和内电场反向相同,会阻碍扩散运动的进行而增强漂移运动。这样的话在移动的只是P区本征激发出来的那些电子。因为数量很少,所以只能形成的很小的反向电流,这个电流小到可以忽略不计。

    最后形成的特点是,正向偏置时可以形成较大的正向电流,反向偏置时只能形成很小的反向电流所以说PN结具有单向导电性。

    至于为什么正向偏置产生的电流就叫正向电流,反向偏置产生的电流就叫反向电流。这个没什么特别的原因,只是人们的一个习惯,因为正向偏置的电流比较大反向偏置几乎没电流罢了。

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