PN型半導(dǎo)體電特性分析

蘇安琴等

摘 要：基于PN結(jié)半導(dǎo)體的理論知識(shí)，詳細(xì)的介紹了PN結(jié)半導(dǎo)體的工作原理，通過實(shí)驗(yàn)描繪出了PN結(jié)伏安特性曲線，并利用基本理論知識(shí)對(duì)大學(xué)實(shí)驗(yàn)中“非線性電阻元件”的伏安特性進(jìn)行解釋。

關(guān)鍵詞：PN結(jié)半導(dǎo)體；伏安特性；理論分析

所謂非線性電阻元器件是指流過元件的電流不隨元件兩端電壓的增加而線性增加的元器件， 兩端的電壓與流過的電流的比值不是一個(gè)常量的電阻元器件。如生活中的白熾燈、光敏電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體二極管等。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中“非線性電阻伏安特性曲線測量”的內(nèi)容主要闡述了非線性元件的電流電壓的關(guān)系。而在高中和大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)[1]中我們只對(duì)線性元器件的伏安特性的測量較為了解，對(duì)非線性元件測量出的伏安特性曲線的結(jié)果卻難以理解，從中學(xué)到大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)教材中，對(duì)于非線性元器件的伏安特性的解釋也較少。為了幫助學(xué)生更好地理解非線性電阻的伏安特性，我們從PN結(jié)半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理，測量出PN結(jié)半導(dǎo)體的伏安特性曲線并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以此幫助讀者理解非線性元件的伏安特性曲線的測量結(jié)果。

1 PN結(jié)導(dǎo)電原理

2 PN結(jié)的伏安特性曲線

通過對(duì)PN結(jié)（硅材料半導(dǎo)體）加正向電壓或反向電壓測得其電流隨電壓的變化值，最后畫出如下圖1的伏安特性曲線圖。

圖中B區(qū)電流隨電壓的變化保持為零 稱為正向施加電壓時(shí)表現(xiàn)出來的二極管的死區(qū)，A區(qū)為正向?qū)妷簠^(qū)；C區(qū)為反向截止區(qū)，在這一區(qū)域內(nèi)隨著所加反向電壓的減少，電流為一個(gè)穩(wěn)定值，這個(gè)電流值為二極管的反向飽和電流，其中可以看到反向電流非常的小，這是因?yàn)樵谶@一區(qū)域內(nèi)，反向飽和電流是由于少數(shù)載流子漂移而產(chǎn)生的，然而載流子的密度極小故導(dǎo)致反向飽和電流值非常?。籇區(qū)為反向擊穿區(qū)，在反向電壓增加到足夠大時(shí)就會(huì)將二極管擊穿，此時(shí)反向電流就會(huì)隨反向電壓的增加而迅速增加。

根據(jù)理論分析結(jié)果可知，在二極管兩端加正向電壓時(shí)， ，由（9）式可知PN結(jié)電流密度變化隨電壓的變化呈指數(shù)變化趨勢，這與如圖1中的BA區(qū)電流變化趨勢一致。同理因?yàn)?，所以在加反向電壓時(shí)電流密度隨方向電壓的增加而衰減并稱指數(shù)變化，這與圖一中CD區(qū)曲線的變化完全一直。因此通過計(jì)算二極管中加正反向電壓時(shí)的電流密度表達(dá)式，就可以對(duì)“二極管伏安特性曲線”進(jìn)行解釋。

3 總結(jié)

通過上面的推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)圖像我們可以知道，二極管的伏安特性曲線變化與二極管兩端施加正反電壓時(shí)PN結(jié)內(nèi)電流密度的變化有關(guān)，即當(dāng)加正向電壓時(shí)電流密度 ，當(dāng)加反向電壓時(shí)電流密度 ，并且無論是施加正向電壓還是反向電壓，電流密度的變化都可相應(yīng)近似地視為指數(shù)變化，這與實(shí)驗(yàn)得出的二極管的伏安特性曲線完全一致。因此可以利用電流密度與電壓的關(guān)系來解釋“二極管的伏安特性曲線”。

[參考文獻(xiàn)]

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