在本教程中，我们将了解半导体电子中最重要的概念之一，即PN连接。尽管在PN连接二极管的概念中，有时是晶体管的主要讨论，但PN连接是半导体电子中的重要主题。
因此，在本PN交界教程中，我们将讨论PN交界处的一些基础知识，如何形成PN连接，PN交界处的特征和许多其他方面。
大纲
介绍
在谈论二极管，晶体管和其他人等半导体设备时，PN连接构成了它的基础。例如，很少有半导体设备（例如光电导体）通常通过掺杂单一类型的杂质而形成。但这是一个有限的情况，大多数半导体设备都需要两种类型的掺杂。
基本上是通过在半导体晶体的一侧引入（称为掺杂）受体杂质而形成的PN连接，而另一侧则用供体杂质掺杂。
这两个区域之间的接口称为PN连接。
半导体电子基础知识
半导体的电导率（例如硅或锗）取决于导带中电载体的浓度。电导率的性质取决于掺杂过程中存在的掺杂剂数量。
硅的电导率通过因子10积累3在室温下，每10次添加1只硼原子5硅原子。
N型半导体是通过像锑这样的五体杂质掺杂硅晶体来产生的，而P型半导体是通过以微小浓度的硼含量像硼这样的数字杂质掺杂硅晶体来形成的。
锑和硼都是在掺杂过程中使用的必不可少的半导体杂质。因此，它们被称为“金属”。单独的N型和P型半导体都是电中性的。
如何形成PN连接？
PN连接是在单个半导体晶体中创建的，它是通过将晶体的一侧掺入受体杂质原子作为p型原子的，并用供体杂质原子构建为n型的含量。P型和N型收敛的区域称为PN连接。
在PN连接的区域，N型材料中的电子散布着连接，并与P型材料中的孔结合在一起。半导体中接近交界处的P型材料区域对电子被孔吸引的基本原理具有负电荷。
当电子从N型区域偏离时，它会取决于正电荷。因此，在连接处，自由电子可以扩散到P型区域，并孔到N型区域，并且该过程称为扩散。
夹在这两个区域之间的瘦层被耗尽了多数载体，称为耗尽区。PN连接的平衡状态被定义为PN连接处的状态，而没有任何外部电势。
这也可以另外定义为零电压偏置条件的状态。耗尽区域的宽度非常薄，通常几千毫米，电流可能不会流过二极管。
pn连接电位时
根据耗竭区域的宽度，注意到不同的性质。如果在这样的距离中应用正电势，则P类型面积将变为正，因此n类型变为负，孔向负电压传播。
同样电子向正电压移动并跳跃耗尽层。耗尽区域中P型的电荷密度由负电荷的受体离子组成，因此N型的电荷密度变为正。
潜在的屏障构成了PN交界处的电荷载体的分区。这种潜在的障碍应通过外部电势资源来克服，以使PN连接传导电流。
在PN连接半导体二极管的整个制造过程中，都发生了半导体二极管中连接和潜在屏障的形成。潜在障碍的程度可能是用于制造PN连接二极管的材料的函数。
硅PN连接半导体二极管比锗PN连接二极管具有出色的潜在屏障幅度。
PN交界处
通过将P型和N型粘在同一半导体晶体本身中，可以制造PN连接。P型中的大多数电荷载体是带正电荷的孔，N型中的电荷为负电荷的电子。
PN连接两侧的总电荷必须相等且相反，以使其在接口周围保持中性充电条件，这是由于电子孔对。P型和N型之间的层多次复制为耗尽区域。
在平衡状态下，PN连接处没有传导。PN连接的传导涉及大多数电荷载体扩散和少数式荷载流子漂移。PN连接中电流的传导在物理上涉及传导带和价带中。
一旦提供了外部电池，电子的流量就会在导带中发生，而孔的流动发生在价带中。
在零电压偏置平衡条件下，孔和电子的少数浓度将在掺入电场E的影响下漂移。多数荷载载流子的扩散必须越过PN连接的潜在屏障VB，形成的效果是耗尽的效果。地区。
这意味着N型和P型的大多数托管载体至少应在QVB电子伏特（EV）的能量中达到屏障并扩散到P型或N型区域之前。
电子从PN连接的n侧向PN连接的P侧歼灭的孔的移位会产生潜在的屏障电压。在硅中，屏障电压的值接近0.6至0.7 V，在锗中为0.3 V，随着不同半导体的掺杂水平而变化。
彼此接触的P型和N型半导体的块没有可利用的特性。必须通过外部电压源越过潜在的屏障才能使PN连接进行电力。如果电源以某种方式连接到正端端子连接到p侧并且负末端连接到n侧。
负末端将电子提供到N型的电子，以扩散到耗尽层。同样，正末端除去p型中的电子，从而形成向耗尽区域扩散的孔。
如果电池供应足够大以克服屏障电压，则大多数荷兰载体来自N型和P型的载体组合并耗尽交界处。结果，只要施加的电势大于潜在的屏障，就会复制更多的电荷载体并流向耗竭区域。
因此，大多数电荷电流是进行的，并向交界处流动。在此方法中，一旦由于多数电荷载体进行电流，据说PN连接处是偏置的。
如果电池端子逆转，则PN连接点的正端子吸引了N型的大多数荷载载流子，并且孔被远离PN连接的负端子吸引。
耗竭层的宽度随施加的电势而增加，因此，耗尽层的电荷载体的重组没有发生。因此，不进行电流传导。在这种方法中，据说PN连接是反向偏见。
内置PN连接处的潜力
N型区域中的多数荷载体，即电子可以越界，以便在P型区域中与多数电荷载体重组，即孔。结果，由于三价杂质硼原子在p型区域内积聚的负静态空间电荷具有静态负电荷，因为它们在价带中释放了一个阳性的孔。
而出于类似的原因，在N型区域中形成正空心。创建该空间电荷的小体积称为空间充电区或耗尽区。由于在这一小体积中有一个强大的电场，因此在热平衡状态下的自由载流子的密度可以忽略不计。
如果P型和N型半导体更接近，则在耗竭层中会产生可能的潜在屏障。实际上，静态空间电荷积累在PN连接的边界，N型区域的正电荷和P型区域的负电荷产生的电场范围从N型到P型，从而预防了P-Type。电子和孔的扩散和添加的重组。
内部的形成阻止了扩散电场。由于在PN连接的两侧存在这种双重电荷的结果，潜在的屏障在耗尽区域内和电势差VD急剧变化，称为扩散电位或内置电位触及范围不可忽略的值。
静电电势与空间电荷区域一起在整个晶体上都是恒定的，因为该电位不仅要考虑到电场，还考虑了电荷载体的浓度。由于电荷载体的浓度，内置电位可准确补偿静电电位。
内置电位或扩散电位与两个无界半导体的费米能的差异成正比：
e =（1/q）*{efp- efn} =（kt/q）ln {[n一个nd]/n一世2}
在哪里
- E是零偏连接电压
- （kt/q）在室温下26mV的热电压。
- n一个和nb是受体原子和供体原子的杂质浓度
- n是内在浓度。
半导体的内置电势或连接电位等于热平衡状态下整个耗尽区域的电位。由于热平衡意味着在整个PN二极管设备中，费米能量是恒定的。
因此，传统带和价带的费米能在上或向下移动，并在耗尽层的区域上表现出光滑的偏差。结果，在P型和N型区域之间显示出静电势差等于QVd。
克服连接电势所需的外部电位取决于工作温度以及半导体的种类。即使不应用于半导体的外部电势，由于电子孔对，也存在一些屏障电位。
PN连接在单个半导体上形成，并在半导体表面铺设电触点，以实现外部电源的电连接。结果，最终设备被称为PN连接二极管或信号二极管。
