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開關電源基礎知識之二極體PN接面形成

我們上一次說了將半導體制作成本徵半導體的目的就是為了能有效的控制半導體的特性為我們所用,那我們今天就來講一下我們用本徵半導體能做成什麼東西。

首先接觸過電子行業的人都會知道,我們電路是由電子元器件構成的,而電子元器件中最基礎的元器件莫過於電阻、電容、電感、二極體、三極體等等。

而其中的二極體和三極體我們可以使用本徵半導體進行加工後製作而成,首先我們知道二極體簡單來說就是一個PN接面,而三極體相當於兩個PN接面,所以我們如果想要得到二極體或者三極體,那麼我們首先要製作出PN接面。

我們上次說了本徵半導體是可控的,所以我們可以在本徵半導體內摻入一定的雜質,從而形成我們需要的P型半導體和N型半導體,我們可以將這型別的半導體稱為雜質半導體。

那麼就肯定有人要問,要怎麼操作才能得到P型半導體和N型半導體。

如果我們要得到一個N型半導體,那麼我們一般是在本徵半導體內摻入5價的元素,一般我們使用的是磷(P)元素,摻入磷元素後,在形成共價鍵後,周圍還多出一個自由電子,如下圖所示:

N型半導體

你摻入的磷元素越多,自由電子剩餘的越多,也就是自由電子的濃度越大,這樣我們就可以製作出我們可以控制的N型半導體。

而如果你要製作P型半導體,那麼就要在本徵半導體內摻入3價的元素,一般我們是摻入硼元素(B),你摻入一個硼元素,那麼就會多出一個空穴,如下圖所示:

開關電源基礎知識之二極體PN接面形成

P型半導體

同理,你摻入的元素越多,空穴濃度也就會相應的提高,摻入一定數量的元素後你就可以得到一個可控的P型半導體。

有了P型半導體和N型半導體,我們就可以採用自然界中的一個擴散運動來製作成PN接面,所謂的擴散運動就是我們自然界中的所有物質都有一個特性,那就是會因為濃度差而產生從濃度高的地方往濃度低的地方運動,稱為擴散運動。

我們的PN接面主要原理就是採用擴散運動來實現的,我們是在一個材料上,採用擴散的工藝得到一個P區,然後在同一個材料上,用擴散的工藝得到一個N區,如下圖所示:

開關電源基礎知識之二極體PN接面形成

PN接面內部結構

我們可以看到P區空穴的濃度高於N區,而N區的自由電子濃度高於P區,這樣就會產生空穴由P向N擴散,自由電子由N向P擴散,從而導致的結果就是在接觸面的地方P區會缺少空穴,而N區會缺少自由電子,這樣在接觸面附近就剩下不能移動的離子存在了,也就會構成內電場,內電場形成後會阻止擴散運動的進行;而且內電場會讓空穴從N區向P區運動,自由電子會從P區向N區運動。

經過擴散運動和內電場的漂移運動產生的結果,會產生一個空間電荷區,當參與擴散運動和漂移運動的載流子數目相同後,我們稱之為動態平衡後(簡單來說就是自由電子從N區到P區數量和從P區回N區的數量相同,且空穴從P區移動到N區的數量和N區回到P區的數量相等時),那麼就會形成一個PN接面,如下圖所示。

開關電源基礎知識之二極體PN接面形成

PN接面形成

PN接面形成後會有獨特的導電效能,如果我們在PN接面上加正向電壓,,也就是我們俗稱的正向接法和正向偏置,是將正電壓接到P區,這個時候空間電荷區會變窄,擴散運動會加劇,從而形成擴散電流,這個時候PN接面處於導通狀態,在我們電路組建時,都會加一個限流電阻,這個電阻是為了保護PN接面不會擊穿。

如果我們在PN接面接一個反向電壓, 那麼空間電荷區就會變寬,阻止了擴散運動, 這樣就有利於漂移運動,形成漂移電流,因為這個漂移運動的電流很小,所以我們可以近似認為是截止狀態。

這個就是我們一直說的PN接面具有單向導電性,簡單的說就是正接導通,反接截止。