二极管伏安特性曲线的理论分析-复旦大学物理教学实验中心Fudan.PDF

2008年9月 第13卷第5期 OFXI’ANUNIVERSITYOFPOSTANDTELE(的MMUNICATIONSV01．13No．5‘ JOURNAL 二极管伏安特性曲线的理论分析 连汉丽 (西安邮电学院应用数理系。陕西西安710121) 摘要：从PN结的导电原理出发，详细地分析了二极管的伏安特性曲线，对大学物理实验“非线性电阻伏安特性曲线 测量”的结果进行了合理的解释。 关键词：Or安特性曲线；二极管；PN结 中图分类号：04—33 文献标识码：A 文章编号：1007—3264(2008)05一0150-03 PN结势垒的情况，如图1所示。当P区和N区相接 引言 触时，由于P区和N区的载流子的浓度不均匀，造 成P区的空穴穿过界面向N区扩散，而N区的电子 大学物理实验课程中的“非线性电阻伏安特性 穿过界面向P区扩散。往往称这种运动为扩散运 曲线测量”实验【1|，主要阐述非线性电阻两端电压 动。扩散运动造成不同类型的电荷在N区和P区的 和电流之间的关系，其中，非线性电阻一般采用二极 界面处产生积累，从而形成了较强的电场，称为“内 管。在该实验过程中，学生们往往是首次接触到非线 电场”。记为E。该电场的存在使得P区相对于N区 性电阻，对实验结果给出的伏安特性曲线的形成原 具有负电势，记作一％。因此，P区的电子的静电势 理无法理解。而多数大学物理实验教程中并没有详 能增加了qvD，其中，q为电子的电量。P区相对于 细地给出伏安特性曲线的形成机理。基于此因，本文 N区形成一个高度为口V_D的势垒，该势垒阻止了N 从二极管的主要构成元件PN结的导电原理出发， 区的多数载流子(电子)以及P区的多数载流子(空 详细地分析了伏安特性曲线的形成机理，很好地解 穴)向对方进一步扩散，从而形成相对平衡的状态。 释了“二极管的非线性伏安特性测量”的实验结果。 —一V。卜一 1 理论分析 ●= 牛I P区 ：三 主： 眍 I— I 丰： 大学物理教学实验中所用的二极管，其主要结 构就是一个PN结。半导体中有两种可以导电的载 流子：电子和空穴。N型半导体主要靠电子导电，存 图l平衡PN结势垒示意图 在少量空穴；P型半导体主要靠空穴导电，存在少量 (E表示内电场，％表示电势) 电子。在半导体材料中，如果其中一半是N型半导 由玻尔兹曼统计规律可知，在相对平衡状态时， 体，另一半是P型半导体，则在N型和P型的交界 PN结界面两边的载流子浓度分别满足 处就形成PN结。 下列关系[2-3】： 1．1 平衡PN结势垒 咒2=noexp(一qwD／kBT)(1) 首先，我们讨论在没有施加外电场情形下平衡 po=p％唧(一qV_D／kBT)(2) 收稿日期：2008-03—13 基金项目：西安邮电学院中青年教师科研基金项目(编号：105一0432)。 作者简介：连汉丽(1979一)，女，河南宝丰人，西安邮电