二极管/三极管基本原理

1、二极管

• 在一块本征半导体中的两边掺以不同的杂质，使其分别形成P型半导体和N型半导体，两区交界处形成PN结（耗尽层，又称势垒区）。

1、图中多数载流子（多子）使用小圆圈表示，少数载流子（少子）使用大圆圈表示，即左侧P区多子为空穴——带正电，右侧N区多子为电子——带负电。

2、由于PN结多子的扩散运动，P区与N区原本的电中性被被破坏，两区交界处形成耗尽层，耗尽层中的内建电场使少子产生漂移运动，同时阻止多子扩散，*终达到动态平衡，PN结中无电流通过。

3、内建电场产生的势垒电压由制作材料决定，硅材料为[0.6,0.8]，锗材料为[0.2,0.3]。

• 单向导电性

1、加正向电压（P->N）:势垒区变窄，多子扩散电流随外加电压增加迅速上升，少子漂移电流对总电流影响可以忽略不计，PN结呈现导通状态（正向运用时存在门限电压，外加电压超过这一数值电流才明显增长）。

2、加反向电压（N->P）:势垒区变宽，扩散电流趋于零，此时通过PN结的电流为漂移电流，即反向饱和电流（与温度相关，温度每升高10摄氏度，反向饱和电流增大一倍），PN结呈现截止状态。

• 电容效应

2、三极管

• 三极管由两个通过基区耦合的PN结组成，与二极管相比具有完全不同的特性。

1、上图展示了工作在放大状态下的NPN型三极管载流子的传输过程（N区多子为电子，P区多子为空穴），其中I_En为发射结电子注入电流，I_Ep为发射结空穴注入电流，I_Cn为集电结电子注入电流，I_Bn为基区复合电流，I_CBO为反向饱和电流。

2、由于发射结正偏，利于两端多子的扩散运动，形成I_En与I_Ep，且由于发射区重掺杂、基区轻掺杂，故I_En 远大于 I_Ep；注入基区的电子边扩散边复合基区空穴，并从基极吸引空穴来补充，形成I_Bn；由于集电结反偏，扩散到集电结附近的电子由于强电场力的作用越过集电结，形成I_Cn；集电结的反偏形成了反向饱和电流I_CBO，该电流与发射结无关，对三极管放大作用有害。