一文詳解開路PN二極管

什么是開路PN二極管？

圖1（a）顯示了受體雜質密度為N的開路pn二極管一個在p區和供體雜質密度N中D在 n 區域中。我們假設每個受體原子都電離，產生一個不動的帶負電荷的受體離子和一個移動的空穴。類似地，每個供體原子都電離，產生一個不動的帶正電的供體離子和一個移動電子。在圖1（a）中，不動的受體離子用圓圈內的減號表示，而不動的供體離子用圓圈內的加號表示。我們假設一開始在p區（在結的左側）中只有空穴，在n區（在結的右手邊）只有電子。

空間電荷區域或耗盡區域 |開路PN二極管

一開始，從左到右存在穿過結點的空穴密度梯度和從右到左的自由電子密度梯度。因此，空穴從p區擴散到n區，而自由電子從n區擴散到p區。進入 n 區時的空穴與結附近的電子結合。因此，這些最初覆蓋或中和結附近正供體離子的電子通過與入射空穴的結合而丟失。這個過程使正離子未歸化或未被覆蓋。類似地，負電子在通過結擴散到p區時與結附近的空穴結合。因此，這些最初中和或覆蓋負離子的空穴因復合而丟失。這個過程使負離子未歸化或未被發現。圖1（b）給出了電荷密度與距離的關系圖的典型形狀。該曲線的確切形狀取決于二極管結，無論是均勻級配還是階梯級級或階梯級或任何其他類型。

結區域的移動電荷載流子已經耗盡。因此，該區域被稱為枯竭區域。它也被稱為空間電荷區或過渡區。耗盡區非常薄，通常為 0.5 微米 （0.5×10^-6^m） 厚。在耗盡區的左側，移動載流子密度為 ，而在右側，載流子密度為 。

電場強度 |開路PN二極管

從圖1（b）中我們發現，結處的空間電荷密度為零，右邊為正，左邊為負。這樣的電荷分布形成電線桿，并產生從右到左的通量線。相應的電場強度為負，并隨過渡區域的距離而變化，如圖1（c）所示。這種電場傾向于從右向左發送漂移電流，與擴散電流相反。因此，隨著載流子在結上的擴散，移動載流子的耗盡，電場逐漸積累，直到達到平衡，當電場完全不允許電荷載流子的擴散過程時。在穩態下，空穴（電子）擴散電流產生凈零空穴（電子）電流，這是開路器件的基本條件。

泊松方程狀態， （1）

電介電常數在哪里？

然后電場由下式給出，

.......(2)

其中 X = X 0 ，其中 X0表示耗盡區域的左邊緣。

電位 V |開路PN二極管

靜電勢 V 由下式給出，

(3)

因此，靜電勢V是圖1（c）中電場積分的負數。圖1（d）繪制了耗盡區靜電勢V與距離x的關系圖，以p區的電位為參考電位或零電位。然后，n 區的電位高出 V0如圖1（d）所示。電位差 V0橫跨結點的只是接觸電位 V0正如給出的

.......(4)

V 的值0Ge 為 0.2 至 0.4 伏，Si 為 0.5 至 0.9 伏。這 V0遠大于 T=300 K 時電荷載流子的平均熱能 0.02eV。

勢能勢壘 |開路PN二極管

勢能 E 等于勢 V 和載流子電荷的乘積。因此，圖1（e）繪制了勢能勢壘，以防止空穴從p區進一步擴散到n區，在p區中E = 0。以焦耳為單位的勢壘高度等于 E 0 = qV（質量源）0以伏特為單位。類似地，防止電子從 n 區流向 p 區的勢能勢壘等于 -qV0并繪制在圖1（f）中，在p區域中取E = 0。

示例 1：

• Ge pn 二極管的 p 區和 n 區電阻率分別為 5 歐姆厘米和 3 歐姆厘米。計算勢能勢壘的高度。
• 如果 p 和 n 個區域的摻雜密度各增加一倍，則重復部分“a”。鑒于：Q 1.6 X 10^-19^哥倫布; 厘米 ^2^ /V-s，厘米 ^2^ /V-s，300 K 時溫度的當量為 0.026 伏，n 我 = 2.5×10 ^13^ /厘米 ^3^ .

溶液：

對于（a）

因此

因此

對于（b）

因此