半导体二极管的基础知识

在本教程中,我们将学习对半导体的介绍,因为它们是电子产品的重要组成部分。在理解半导体二极管,晶体管等这样的若干器件之前,重要的是要了解关于导电性,能量隙和半导体的基本类型的一点。

本教程的这一部分将在轻松学习PN交界处奠定关键基础,这是旁边的PN结。

介绍

电子和电路中有两种类型的半导体组件。它们是活跃和被动的组件。二极管是最重要的部件,电阻器是电子设计电路中最重要的无源元件。二极管基本上是具有对电流关系的指数关系的单向器件,其由半导体材料制成。

用于电子器件的三种必要的材料是绝缘体,半导体和导体。这些材料在电气现象方面进行了分类。电子电阻率可称为电阻是一种测量材料如何拒绝电流流过它的衡量标准。

电阻率的质量单元是欧姆仪表[ωm]。具有低电阻率的材料表示整个半导体中电荷的有效运动。

半导体是绝缘子和导体之间的电阻值值的材料。这些材料既不是智能绝缘体也不是智能导体。它们只有少数自由电子,因为它们的原子以极性结晶的形式紧密结合,被称为“晶格”。半导体样品是硅和锗。

1.固体节能图

半导体在制造电子电路和集成装置方面具有很高的重要性。通过在制造过程中改变掺杂的温度和浓度,可以容易地改变半导体的导电性。通过向晶格的结晶晶格添加明确量的杂质,可以显着增加半导体材料的电力的能力。

加入少量杂质后,半导体材料的性能会发生显著变化。通过在硅晶格中加入杂质原子来改变电子和空穴之间的平衡的过程称为掺杂。这些杂质原子称为掺杂剂。根据掺杂材料的类型,半导体晶体分为n型和p型两类。

2.半导体掺杂有第5组元素

组-V元素如磷,锑和砷通常被归类为N型杂质。这些元素具有五个价电子。当N型杂质掺杂到硅晶体中时,五种价电子中的四种形成四个具有相邻晶体原子的四个强的共价键,留下一个自由电子。

同样地,每个N型杂质原子在导通带中产生自由电子,如果电位施加到材料,则将漂移以传导电流。N型半导体也可以称为供体。

硼,铝,镓和铟等组III元素通常被归类为p型杂质。这些元素具有三个价电子。当P型杂质掺杂到硅晶体中时,所有三种价电子都形成具有相邻晶体原子的三个强共价键。

有一种电子的电子来形成第四个共价键,并且这种缺陷被称为孔。同样地,每个p型杂质原子在价带中产生孔,如果潜在施加到材料,则将漂移到电流。p型半导体也可以称为受护者。

3.掺杂3族元素的半导体

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电阻率

在其传导电流的能力的基础上,每个材料的特征是有用的每个材料,该性能被称为电流的能力。通过将电线和横截面A的电阻R乘以乘以线L的长度来近似电阻率。

电导率,即电阻率的往复式,其特征在于材料的特征,它们允许电流通过它们。明智的导体具有最低的电阻率和高导电性。电阻率强烈依赖于材料内的杂质原子和材料的温度,即在室温(20ºC)上。

对于各种导体,半导体和绝缘体,电阻率值随温度变化而变化。温度变化每度电阻的变化称为温度耐温系数。该因子由字母“alpha”表示(α)表示。

对于一种材料来说,正的温度系数意味着它的电阻随温度的增加而增加。纯导体通常具有正的电阻温度系数。对一种材料来说,负系数意味着它的电阻随温度的升高而减小。

半导体材料(碳,硅和锗)通常具有负温度的电阻系数。下表中给出了具有其电阻率值和温度系数的不同材料。

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导体

导体采用低电阻材料构建,具有电阻率值,每米的微欧姆(μΩ/ m)。具有1 x欧姆米的电阻率的非常低的电阻率被称为导线。这些金属具有大量的自由电子。

这些自由电子离开了他们的亲本原子的价层,形成了称为电流的电子漂移。因此,金属是电力的一流导体。

如铜,铝,金银等金属等金属,如碳是古代导电材料。大多数金属导体是电力的良好导体,具有较小的电阻值和高导电值。

在整个导通过程中,热量整个身体流动。在传导期间,该热流可以被认为是能量损失,并且在达到室温的温度下,损耗随着温度的增加而增加,即25℃。

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绝缘体

在不同于导体的情况下,绝缘体由具有电阻率值的非金属组成,尺寸为1 x欧姆米。非金属只有几个或没有自由的电子流过它或在治疗原子结构内,因为最外电子在一对原子之间的共价键中紧密结合。由于电子被带负电,所以在核内的可带正电荷的粒子容易吸引价层内的自由电子。

由于没有自由的电子,当施加正电位时,没有电流可以通过提供绝缘性能的材料流动。因此,绝缘体(非金属)是非常差的电力导体。

非金属如玻璃,塑料,橡胶,木,沙,石英和铁氟龙是绝缘体的明智的例子。玻璃绝缘体用于主要电压电力传输。绝缘体用作温暖,声音和电力的保护杆。

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半导体

半导体具有绝缘体和导体之间的电性能。完美半导体的智能示例是硅(Si),锗(Ge)和砷化镓(GaAs)。这些元件在牙科原子结构中仅具有少量电子,其形成晶格。

硅,基本半导体材料,在外壳内含有四种价电子,形成四个具有四个相邻硅原子的强共价键,使得每个原子与相邻原子共享电子产生强的共价键。硅原子以格子形式组织,产生晶体结构。

通过向半导体供应外部电位并将杂质掺杂剂加入半导体晶体中,导电电流与硅半导体晶体有可行的是,从而产生正负带带电孔。

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纯硅原子的结构

4.纯硅原子结构

硅原子有14个电子;然而,轨道布置仅具有4个价电子来通过替代原子共享。这些价电子在光伏效应中起着至关重要的作用。大量硅原子粘合在一起制成晶体结构。

在该结构中,每个硅原子与其相邻的硅原子共享其四个价电子之一。由常规系列的五个硅原子组成的固体硅晶体。该硅原子的这种规则和固定的布置是单元称为晶格。

5.Silicon Crystal格

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n型半导体

将杂质,砷和锑等杂质加入到硅结晶结构中,以将本征半导体变为外部半导体。由于最外壳中的五个价电子,这些杂质原子被称为五价杂质,以与相邻原子共享自由电子。

五价杂质原子也被称为给体原子,因为杂质原子中的五个价电子与硅的四个价电子成键形成四个共价键,留下一个自由电子。每个杂质原子在导带内产生一个自由电子。一旦对n型半导体施加正电势,剩余的自由电子形成漂移,产生电流。

6. n型半导体

n型半导体是比本征半导体材料更好的导体。n型半导体中载流子多为电子,少部分载流子为空穴。n型半导体不带负电荷,因为给体杂质原子的负电荷与原子核内的正电荷平衡。

电流流动的主要贡献是带负电荷的电子,但是由于电子 - 空穴对引起的带正电孔存在一些贡献。

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n型半导体掺杂

如果将诸如锑杂质的组5元件加入到硅晶体中,则锑原子通过将锑的价电子与硅电子在硅最外壳内的价电子键合,留下一个自由电子来构建四个与四个硅原子的共价键。因此,杂质原子已经向结构提供了一种游离电子,因此这些杂质被称为供体原子。

7.锑原子和掺杂锑

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P型半导体

诸如硼,铝和铟之类的第3组元素对最外壳内的三个电子的硅结晶结构补充,形成三个闭合的共价键,使得在共价键结构中留下孔,因此在价带中的孔能量水平图。

当有电子缺陷时,该动作留下了在结晶结构中称为孔中的孔中的充满电带电载体数量的丰富载体。这些组3元素称为三价杂质原子。

大量空穴的存在吸引邻近的电子进入其中。只要电子填满了硅晶体中的空穴,就会有新的空穴在电子后面,因为它远离它。新创造的空穴成功地吸引电子,创造其他新的空穴导致空穴运动,在半导体中创造一个标准的电流流。

8. P型半导体

硅晶中的孔的运动似乎是硅晶体作为正极。只要杂质原子总是产生孔,由于杂质原子不断接受自由电子,因此将第3组元素称为受体。

硅晶体中的第3组元素的掺杂导致p型半导体。在该P型半导体孔中,多个电荷载波和电子是少数电荷载流子。

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P型半导体掺杂

9.硼原子

如果把3族元素,如硼、镓、铟等加到半导体晶体中,具有三个价电子的杂质原子与硅晶体价电子形成三个强共价键,留下一个空位。这个空位称为空穴,由于没有负电荷,用一个小圆或正号来表示。

10掺杂硼原子

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半导体基础摘要总结

n型材料是通过将组5元素(五价杂质原子)添加到半导体晶体并通过电子移动传导电流来形成的材料类型。

在n型半导体中

  • 杂质原子是五价元素。
  • 具有固体晶体的杂质元素给出了大量的自由电子。
  • 五价杂质也被称为捐助者。
  • 掺杂给出了与游离电子的数量相关的孔。
  • 掺杂第5组元素导致带正电荷的供体和带负电的自由电子。

P型材料是当将第3元素(三价杂质原子)加入到固体晶体中时形成的材料。在这些半导体中,电流主要是由于孔。

在p型半导体中

  1. 杂质原子是三价元素。
  2. 三价元件导致始终接受电子的孔数量多。因此,三价杂质被称为受体。
  3. 掺杂给出了相对于孔数量的自由电子。
  4. 掺杂导致带负电的受体和带正电的孔

P型和N型均以电神经是电神经的,因为电流所需的电子和孔的贡献由于电子 - 孔对等于。硼(B)和锑(SB)都称为金属拓,因为它们是用于固​​有半导体的最常用的掺杂剂,以改善电导率的性能。

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3回复

    1. 组14元素(例如铟)掺杂组14元素(例如铟)在晶体中产生孔(电子缺乏)。因此,产生p型半导体。

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