PartI半导体材料及pn结合.PDF

實驗 二 二極體 一． 實驗器材 名 稱 數量 名 稱 數量 二極體 4 電阻 10 kΩ 1 變壓器 PT-12 1 電容 47 μF 1 可變電阻 10 kΩ 1 電容 100 μF 1 電阻 1 kΩ 1 Part I 二極體之基本特性 1. p -n 接合 (junction) (1) 當 p 型半導體或 n 型半導體單獨使用時，其導電性不如金屬 ，但比絕緣體好，因此 我們可將其視為一個電阻器。 空乏區 p junction n p n 受體離子 施體離子 圖 1(a)剛接合之瞬間 圖 1(b) 平衡狀態 (2) 當一塊 p 型半導體和 n型半導體剛被結合在一起時，如圖 1(a)所示，由於 p 型半導 體中有很多電洞，而 n 型半導體中有許多電子，所以接合面附近的電子 擴散進入 p 型區與電洞結合 ，於是靠近接合面的 n 型半導體原子 失去電子後就變成正離子，p 型半導體減少 了一些電洞以後就變成負離子，如圖1(b)所示。此時正離子會排斥電 洞，負離子會排斥電子，因而阻止了電子、電洞的繼續結合，而產生平衡之狀態。 (3) 在 p -n 接合面附近沒有電子或電洞，只有離子之區域稱為空乏區（depletion region ）。 2-1 (4) 空乏區的離子所產生之電位阻止載子繼續通過接合面，稱為位障 （potential barrier ）。 其值視摻雜程度而定，一般而言，Ge的位障為 0.2～0.3 V ，而Si 約為0.6～0.7 V 。 2. 順向偏壓（Forward Bias ） (1) 若把電池的 “+”接p 型半導體，而把 “‐”接n型半導體，如圖 2(a)所示，則此偏 壓型式稱為 “順向偏壓” 。 (2) 若外加電源足夠克服位障，此時 n型半導體中的電子會越過p -n 接合面而進入p 型導 體與電洞結合，同時，電洞也會通過接合面而進入 n 型半導體內與電子結合，造成 很大的順向電流（IF ）。 p n p n IF IR V V 圖 2(a) 順向偏壓 圖 2(b) 逆向偏壓 3. 逆向偏壓（Reverse Bias ） (1) 電池的 “+”接 n 而 “‐”接p ，則載子 將受電池極性之吸引而遠離接合面，空乏區 增大 ，而不會有載子 越過接合面產生結合，如圖2(b)所示 ，此種偏壓稱為逆向偏壓。 (2) 當加上逆向偏壓時，理想的情形應該沒有逆向電流（IR ＝0 ）才對。但由於溫度產生 了少數的電子電洞對，- 因此有 少許載 子存在。n型半導體中的少數電洞和 p 型半導 體中的少數電子恰可以通過 p -n 接合面而結合，因此有一“極小”之電流存在。此電 流稱為漏電電流，在廠商的資料中多以IR 表之。 【