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        PN結為什么可以單向導電?PN結單向導電原理

        2020-3-31 16:17| 編輯:電工學習網| 查看: 1240| 評論: 0

        摘要: 二極管的單向導電特性用途很廣,到底是什么原因讓電子如此聽話呢?它的微觀機理是什么呢?這里簡單形象介紹一下: 假設有一塊P型半導體(用黃色代表空穴多)和一塊N型半導體(用綠色代表電子多),它們自然狀態下分 ...
             二極管的單向導電特性用途很廣,到底是什么原因讓電子如此聽話呢?它的微觀機理是什么呢?這里簡單形象介紹一下:
             假設有一塊P型半導體(用黃色代表空穴多)和一塊N型半導體(用綠色代表電子多),它們自然狀態下分別都是電中性的,即不帶電。如圖1所示。

             圖1. P型和N型半導體
             把它們結合在一起,就形成PN結。邊界處N型半導體的電子自然就會跑去P型區填補空穴,留下失去電子而顯正電的原子。相應P型區邊界的原子由于得到電子而顯負電,于是就在邊界形成一個空間電荷區。為什么叫“空間電荷區”?是因為這些電荷是微觀空間內無法移動的原子構成的。
             空間電荷區形成一個內建電場,電場方向由N到P,這個電場阻止了后面的電子繼續過來填補空穴,因為這時P型區的負空間電荷是排斥電子的。電子和空穴的結合會越來越慢,最后達到平衡,相當于載流子耗盡了,所以空間電荷區也叫耗盡層。這時PN結整體還呈電中性,因為空間電荷有正有負互相抵消。如圖2所示。

             圖2. PN結形成內建電場
             外加正向電壓,電場方向由正到負,與內建電場相反,削弱了內建電場,所以二極管容易導通。綠色箭頭表示電子流動方向,與電流定義的方向相反。如圖3所示。

             圖3. 正向導通狀態
             外加反向電壓,電場方向與內建電場相同,增強了內建電場,所以二極管不容易導通。如圖4所示。當然,不導通也不是絕對的,一般會有很小的漏電流。隨著反向電壓如果繼續增大,可能造成二極管擊穿而急劇漏電。

             圖4. 反向不導通狀態
             圖5是二極管的電流電壓曲線供參考。

             圖5.二極管電流電壓曲線
             圖6形象的展示了不同方向二極管為什么能導通和不能導通,方便理解。

             圖6. 不同方向導通效果不同
             生活中單向導通的例子也不少,比如地鐵進站口的單向閘機,也相當于二極管的效果:正向導通,反向不導通,如果硬要反向通過,可能就會因為太大力“反向擊穿”破壞閘機了。

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