医学影像学课件-PN结.ppt

PN结的基本结构和特性PN结是半导体器件的核心结构，在电子学中扮演着至关重要的角色。PN结由P型半导体和N型半导体通过特定的工艺连接而成，具有独特的电学特性。

PN结的形成1掺杂通过掺杂，在硅晶体中加入微量的杂质，例如磷或硼。2形成PN结将掺杂了磷的N型半导体和掺杂了硼的P型半导体紧密结合在一起。3扩散由于浓度差，N型半导体中的自由电子会扩散到P型半导体中，而P型半导体中的空穴则扩散到N型半导体中。

PN结的电流-电压特性0正向电流随电压的增加而快速增长。0.7正向电压PN结开始导通的电压。∞反向电流几乎为零，即使电压很高。

正向偏压下的PN结当PN结两端加上正向电压时，PN结两端的电场方向与内建电场方向相反。正向电压使PN结两端的电场减弱，势垒降低，使得载流子更容易跨越势垒，从而形成电流。当正向电压足够大时，势垒完全消失，电流达到最大值。

反向偏压下的PN结当PN结两端加上反向电压时，N型区的正极与P型区的负极相连。反向电压将PN结两端的耗尽层加宽，势垒增大，几乎没有电流通过。这种情况下，PN结处于截止状态，主要只有极少量的反向饱和电流通过，该电流主要由少数载流子的热运动产生。

耗尽层和势垒PN结形成时，由于扩散，空穴和电子会发生复合，形成一个没有自由载流子的区域，称为**耗尽层**。耗尽层两侧的电场形成势垒，阻止电子从N型区向P型区扩散，以及空穴从P型区向N型区扩散。势垒高度由半导体的材料性质和掺杂浓度决定，它是PN结导电性能的重要参数。

少数载流子的复合和发射1电子-空穴复合电子与空穴相遇，结合成中性原子2载流子寿命电子或空穴从产生到复合的平均时间3载流子发射电子或空穴从一个区域迁移到另一个区域

PN结的整流特性1单向导通PN结只允许电流在一个方向上流动，即正向偏压时导通，反向偏压时截止。2电流电压特性正向偏压时，电流随电压指数增加；反向偏压时，电流很小，几乎为零。3整流作用利用PN结的单向导通特性，可以将交流电转换为直流电，实现整流功能。

PN结的开关特性导通状态当PN结正向偏压时，电流可以自由流动，如同一个闭合的开关。截止状态当PN结反向偏压时，电流几乎为零，如同一个断开的开关。

PN结的光电特性光生伏特效应当光照射PN结时，光子激发电子跃迁，产生电子空穴对，形成光电流。光电导效应光照射PN结，增加载流子浓度，增强导电性，导致电流增加。

光电二极管的工作原理光照射光子照射到PN结上，能量被吸收。电子空穴对产生吸收光子后，价带电子跃迁到导带，产生电子空穴对。载流子分离电子空穴对在PN结内电场的作用下被分离，电子流向N区，空穴流向P区。电流产生分离的电子和空穴在PN结两端形成电流，称为光电流。

光电二极管的应用光学传感器用于检测光强、光线变化、光谱分析等。光通信用于光纤通信系统中的光接收器。医疗设备用于医疗影像设备、光疗仪、血氧监测仪等。工业自动化用于光电控制、机器视觉、自动检测等。

太阳电池的工作原理1光电效应光子照射PN结时，激发电子2电流产生电子流动形成电流，产生电能3能量转换光能转化为电能，供电使用

太阳电池的结构太阳电池通常由以下几部分组成：PN结：这是太阳电池的核心，也是光电转换的关键部位。P型半导体：吸收光子产生电子-空穴对。N型半导体：收集电子并将其输送到外部电路。金属电极：收集电流并将其输送到外部电路。保护层：保护太阳电池不受环境因素的影响。

太阳电池的特性及其影响因素效率太阳能电池的效率是指将光能转换为电能的比率，影响因素包括材料、结构和工作温度。电流-电压特性太阳能电池的电流-电压特性曲线反映其输出特性，影响因素包括光照强度和温度。寿命太阳能电池的寿命是指其保持一定效率的时间，影响因素包括材料老化、环境因素和工作条件。

LED的工作原理1PN结LED的核心是一个PN结，它是由P型半导体和N型半导体通过掺杂制成的。2正向偏压当给PN结施加正向偏压时，电子从N型半导体流向P型半导体，空穴从P型半导体流向N型半导体，形成电流。3电子空穴复合当电子和空穴在PN结处相遇时，它们会复合并释放能量，以光子的形式发出光。

LED的特性及其应用高亮度LED发光效率高，可以实现高亮度照明。长寿命LED的寿命长，可以减少维护成本。节能LED的能耗低，可以节约能源。环保LED不含汞等有害物质，对环境友好。

二极管的噪声特性热噪声由于电子在导体中随机运动产生的噪声散粒噪声由于电流是由离散的电子或空穴载流子组成的，产生的噪声闪烁噪声频率范围较低的噪声，通常与材料缺陷有关

二极管的温度特性正向电压温度升高会导致二极管正向