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硬件基礎電平匹配

生活更新时间:2024-07-02 13:35:34

1. 本征半導體

本征半導體(Intrinsic Semiconductor)：不含雜質的半導體成為本征半導體，主要有單晶矽和單晶鍺。

硬件基礎電平匹配（硬件設計基礎PN結）1

2. 自由電子與空穴

半導體矽和鍺的最外層有四個電子，為處于穩定狀态，每個原子的價電子都要和相鄰原子的價電子配對，形成共價鍵。但共價鍵中的電子沒有結合的那樣緊密，由于能量激發，一些電子會成為自由電子。同時，某處共價鍵失去一個電子形成空穴。自由電子和空穴總是成對出現。

硬件基礎電平匹配（硬件設計基礎PN結）2

3. 本征半導體的導電性

在本征半導體兩端加電壓，自由電子向正向移動，形成電子電流；空穴向負極移動，形成空穴電流。但由于兩種載流子數量很少，所以本征半導體的導電性很弱。

硬件基礎電平匹配（硬件設計基礎PN結）3

4. P型半導體和N型半導體

如果向本征半導體中摻入少量的雜質，半導體的導電性會大大提高。在單晶矽中摻入少量的五價磷或三價硼，就構成了N型半導體和P型半導體。以P型半導體為例，由于硼有3個價電子，和相鄰矽原子形成共價鍵時，因缺少一個電子而多一個空穴，從而空穴變多形成P型半導體。

硬件基礎電平匹配（硬件設計基礎PN結）4

5. PN結的形成

将一塊本征半導體的兩邊摻入不同的元素，一邊為P型，另一邊位N型。由于兩邊的載流子濃度不同，會産生擴散現象。

在擴散的過程中，一邊失去自由電子帶正電，一邊失去空穴帶負電，這樣在P區和N區的交界處形成了一個内電場。N結内電場的方向由N區指向P區。

在内電場的作用下，兩邊的電子和空穴會做漂移運動。過一段時間，擴散和漂移運動達到了平衡。最後在交界面形成了一定厚度的空間電荷區，即PN結。

硬件基礎電平匹配（硬件設計基礎PN結）5

6. PN結的導電性

當加正向電壓，擴散加劇，内電場被消耗，導通電流較大。

硬件基礎電平匹配（硬件設計基礎PN結）6

當加反向電壓，漂移加劇，内電場被增強，導通電流較小。

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因此，PN結具有單向導通性。

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