pn接面二極體的動作原理

為了考慮二極體的操作原理，假設在半導體物質的一邊注入p型雜質，而另一邊則是n型雜質。

在p型與n型的相接處便形成一個 pn接面。

在室溫下，n 型區的多數載子---電子，會 ... pn接面二極體的動作原理  未偏壓二極體  n型雜質為五價元素，在原子的最外層共有5個價電子。

因為n型雜質提供半導體自由電子，通常被稱為施體雜質。

在n型半導體中電洞也會存在，這是因為材料內部會因為熱能而產生電子與電洞對。

故在n型半導體內，電子為多數載子而電洞為少數載子。

N側多數載子：電子 N側少數載子：電洞    p型雜質為三價元素，在原子的最外層有3個價電子。

因為p型雜質接受自由電子而被稱為受體雜質。

在p型半導體內，電洞為多數載子，而電子是少數載子。

P側多數載子：電洞 P側少數載子：電子    為了考慮二極體的操作原理，假設在半導體物質的一邊注入p型雜質，而另一邊則是n型雜質。

在p型與n型的相接處便形成一個 pn接面。

在室溫下，n型區的多數載子---電子，會從n型側擴散到p型側，而p型區的多數載子---電洞，則從p型側擴散到n型側。

電子與電洞會在接面附近再結合，因而互相消失，只剩下不可移動的施體離子及受體離子。

靠近接面的區域形成沒有可移動載子的區域，此區域稱為空乏區(depletionregion)或空間電荷區(space-chargeregion)。

如圖(1)。

   (圖1)pn接面    由於接面兩側有相異的離子，在接面會有一個電場存在。

離子間的電場相當於兩者間的位能差。

因為n型側電位高於p型側而形成內建電位障壁(Built-in potentialbarrier)，可以阻止任何流往另一邊的多數載子。

在攝氏25度時，鍺(Ge)二極體的位能障壁約為0.3V，矽(Si)二極體則為0.7V。

內建電位障壁       在室溫   [例題1] 空乏區是由何者所造成的？ (A)再結合(B)離子(C)位能障壁(D)摻雜。

Answer：(A)   [例題2] 自由電子擴散經過pn接面之行為，對一個未偏壓二極體會產生？ Answer：空乏區    順向偏壓  若p側相對於n側的電位為正，則稱此接面為順向偏壓，如圖(2)。

 若順向偏壓上升，則電位障壁減小，所以大量的電洞(多數載子)會從p側流到n側；同樣的，大量的電子(多數載子)也會從n側流到p側，造成二極體電流上升。

 當電源之電位能可以完全克服PN接面的電位障壁時，則電流會明顯上升。

 空乏區的寬度會隨著順向電壓的上升而減少。

    (圖2)順向偏壓    逆向偏壓  若n側相對於p側的電位為正，則稱此接面為逆向偏壓或反向偏壓，如圖(3)。

 若逆向偏壓上升，則電位障壁會增加，p側的電洞(多數載子)和n側的電子(多數載子)無法越過接面，故多數載子的擴散電流幾乎為零。

 因為較高的位能屏障，n側的少數載子---電洞，很容易就被掃過接面進入p側，而p側的少數載子---電子，會被掃進n側，所以電流全由少數載子而來，此逆偏電流就是反向飽和電流(或漏電流)。

反向飽和電流值非常小。

 即使逆偏電壓增加更多，二極體電流仍保持幾乎不變，直到進入崩潰區。

 空乏區的寬度隨著外加電壓上升而增加。

   (圖3)逆向偏壓   [例題3] 逆向偏壓由5V增為10V時，空乏區寬度如何變化？ Answer： 寬度變寬