什么是PN结？

导语

半导体可以掺杂其他材料，变成p型或n型。pn结二极管可以是正向偏置或反向偏置。led是产生光子的正向偏压二极管。太阳能电池是吸收光子的pn结，给电子足够的能量进入导带。

#1 半导体材料

Semiconductor materials

用作半导体的元素，如硅和锗，有四个外层电子。这意味着它们可以与其他相同的原子形成四个键。

在纯硅晶体中，每个硅原子被另外四个硅原子所包围。在这种状态下硅不导电。

纯硅可以掺杂少量杂质，方法是在液体半导体结晶之前将杂质以气体的形式扩散到液体半导体中。

#2 N型半导体

n-type semiconductors

如果将具有五个外层电子的杂质元素，如砷，少量添加到硅中(大约每一百万个硅原子中有一个杂质原子)，则杂质原子将适应晶体结构。

额外的外层电子不会成键进入晶体的价带。这种掺杂影响了电子在能带之间移动的能力。更多的电子在传导带中可用。

这种杂质使材料具有导电性，称为n型硅。n型是指多余电子的负电荷。

#3 P型半导体

p-type semiconductors

如果一个有三个外层电子的杂质元素，比如铟，以同样小的数量加入到硅中，那么杂质原子将会融入晶体结构，但会少一个电子。

这种掺杂为价带以上的电子提供了更多的空间。这增加了材料的导电性。

这种杂质使材料具有导电性，称为p型硅。p型是指缺电子引起的间隙带轻微的正电荷。

tips 

n型和p型半导体没有总电荷。杂质原子中的质子平衡了掺杂半导体中电子数量的增加或减少。

#4 半导体pn结二极管

Semiconductor p-n junction diode

在形成晶体时，将半导体晶体的一半掺杂p型杂质，另一半掺杂n型杂质，形成pn结二极管。

#5 无偏pn结

Unbiased p-n junction

无偏条件意味着没有外部能量源(没有电压)。

在无偏二极管中，在n型和p型材料之间的耗尽层上设置电场。这是由掺杂引起的自由电子不平衡引起的。

#6 反向偏置二极管

Reverse biased diode

在反向偏置情况下，将二极管与p型连接到负电源端，将n型连接到正电源端。穿过耗尽层的电场增大。这就像一个阻挡电子流动的屏障。

#7 正偏二极管

Forward biased diode

在正向偏压下，n型导带中的电子向p型导带移动。

电子从p型半导体的导带下降到价带。能量水平的下降导致能量被释放。在普通的pn结二极管中，这种能量使二极管在导电时发热。

tips 

二极管只允许电流向一个方向流动。

#8 led——发光二极管

led - Light emitting diode

根据所使用的杂质和半导体，导电带和价带之间的能级差异可以大到足以以光子的形式发射能量。这是一个发光二极管，简称LED。

#9 光敏二极管

Photodiodes

还可以制造二极管，使结吸收光的光子。

当光的光子被吸收时，它提供的能量可以使p型半导体的价带中的电子被提升到导带。电子流向结中的n型半导体。这会在二极管上产生电位差，并使其产生电动势。

这是一个光电二极管或光伏电池。

审核编辑：汤梓红