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准备知识

P型 N型半导体

• P型半导体带正电(因为多子是空穴) 硼离子(负电)
  即便是掺入少量杂质，带来的空穴也远比本征半导体的热激发的电子多
  参考
  
• N型半导体带负电(因为多子是电子)
  

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多子 少子（相关性质受温度影响程度的关键点）

多子受温度影响小 （因为多子基数大，如一百亿加上500可以忽略不计）
少子受温度影响大(热激发)
郑益慧解释多子受温度的影响

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PN结的形成

必要的概念

• 扩散运动：从浓度高的地方运动到浓度低的地方 郑老师讲pn结的形成
• 漂移运动：在内电场的作用下少子的移动
  

PS:图中的
蓝色负号的圈表示硼离子（固定在晶格中，不能导电）
红色正号的圈表示磷离子

势垒

从GIF图中可注意到：

1. 在P区，N区的多子往中间汇合时发生了复合，最后形成了一段空间电荷区。
2. 空间电荷区犹如“楚河汉界”，载流子因为复合变得很少很少。被称作耗尽层，也正是PN结。
3. 空间电荷区(耗尽层)对扩散运动起阻碍作用，对漂移运动起促进作用。

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PN结的单向导通性

正向偏置

• 电源正极接P，负极接N，电荷会重新分布。
  正向电压削弱势垒(内电场) 点击跳转势垒解释
  
• 因为载流子多而且PN结窄,所以会形成比较大的电流。
  

反向偏置

• 反向电压增高了势垒(内电场)，使得多子更加难通过
  

PN结的电流方程

PN结的电流方程通常指的是肖克利（Shockley）二极管方程，它描述了在PN结上的电压 $$V_D$$ 与通过PN结的直流电流 ( I_D ) 之间的关系。这个方程对于理解半导体器件的行为至关重要。

肖克利二极管方程可以表示为：

$$I_D=I_S\left(e^{\frac{V_D}{n{V}_T}}-1\right)$$

其中：

符号	描述	说明
$$I_D$$	通过二极管的直流电流
$$I_S$$	反向饱和电流	或者说是二极管在反偏状态下的电流水平，这通常是室温下非常小的一个值
$$V_D$$	二极管两端的电压
n	发射系数或理想因子	其值一般在1到2之间，取决于二极管的具体类型和操作条件
$$V_T$$	热电压	定义为 V_T = kT / q ，其中 k 是玻尔兹曼常数，T 是绝对温度（开尔文），q 是基本电荷（电子电荷）

当 ( V_D ) 接近于零时，( e^{\frac{V_D}{nV_T}} ) 近似等于1，因此方程中的 ( -1 ) 可以被忽略不计。然而，在大多数情况下，尤其是当 ( V_D ) 大于几倍的 ( nV_T ) 时，( e^{\frac{V_D}{nV_T}} ) 远远大于1，那么 ( -1 ) 就可以忽略，简化方程为：

$$I_D\approx I_S{e}^{\frac{V_D}{n{V}_T}}$$

• 这一部分记录的比较稀烂，还是参考视频郑老师
  

正向特性

• 导通电压：是二极管开始导通时的电压阈值，超过这个值 电流飞速增大
• 死区：是在导通电压之前，二极管几乎不导通的电压范围。
• 导通电压取决与本征半导体的材料，对于硅二极管，导通电压通常约为0.6到0.7伏特。而锗二极管高一些。

反向特性

反向击穿

1. 雪崩击穿 (加速少子，撞共价键，短时间内少数载流子激增) 郑_形象讲解 || 可汗学院_动画演示

• ps:施加反向电压时相当与加强了少子的滑梯 滑梯示意图 让少子又更容易通过耗尽层
• 当掺杂浓度较低时，耗尽层（反向电场)就会比较宽 为什么宽？，PN结变成了一个粒子加速器
  具有足够场强，足够长度。
• 在耗尽层，高速的自由电子撞到共价键上，上面的价电子也变成自由电子。随后连锁反应，越来越多自由电子出现
• 温度越高，所需击穿电压越高 （雪崩击穿要求一个较长的加速路程，但当温度越高，路上跟容易碰到其他粒子，终止加速）雪崩击穿的击穿电压

2. 齐纳击穿 (加大内电场，直接将耗尽层稳定共价键中的电子拉出来) 郑_形象讲解 || 可汗学院_动画演示

• 当掺杂浓度高时，耗尽层窄，场强大。
• 温度越高，所需击穿电压越低

反向击穿会把二极管搞坏吗

击穿时电流非常大，还会有很多粒子碰撞，产生大量热量
热击穿叫二次击穿
只要讲温度控制在一定范围内，就不会烧毁。 郑益慧——会吗？

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掺杂浓度与其宽度的关系

b站讲解