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【加法筆記系列】PN 結和單向導通原理PN 結

PN 結是二極管中最基本的單向導通原理

  • 化學鍵
    • 離子鍵
    • 共價鍵
  • 元素周期表
  • PN 結
    • 原理
    • 形成
    • 正向偏置
    • 反向偏置

化學鍵有3種類型 ,即離子鍵、 金屬鍵

(氫鍵不是化學鍵,它是分子間力的一種)。

— Baidu

帶相反 電荷 離子之間的互相作用叫做離子鍵(Ionic Bond),成鍵的本質是陰陽離子間的靜電作用。 陽離子 陰離子 通過靜電作用形成的化學鍵稱作離子鍵。兩個原子間的 電負性 相差極大時,一般是金屬與非金屬,例如: ,若他們要結合,電負性大的氯會從電負性小的鈉搶走一個 電子 ,以符合 八隅體 。之後氯會以-1價的方式存在,而鈉則以+1價的方式存在,兩者再以 庫侖靜電力

因正負相吸而結合在一起。

— Wiki

Na

在元素周期表中為 11,意味着有 11 個質子,根據外層電子排布,分别為 2, 8, 1, 是以,Na 容易失去電子呈現

+1

F

同理容易得到電子,由此得到的

NaF

就形成了離子鍵。

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共價鍵(Covalent Bond)是原子間通過共用電子對( 電子雲

重疊)而形成的互相作用

原子間通過共用電子形成的化學鍵,叫做共價鍵。它通過兩個電負度相近的原子,例如兩個

,互相共用其外圍電子以符合八隅體的鍵結方式結合,是以也有人說這是非金屬原子間的結合方式。

化學鍵的一種,主要在金屬中存在。由 自由電子 及排列成晶格狀的金屬離子之間的 靜電 吸引力組合而成。由于電子的自由運動,金屬鍵沒有固定的方向,因而是 非極性鍵

極性鍵

是在化合物分子中,不同種 原子 形成的 ,由于兩個原子吸引電子的能力不同, 共用電子對 必然偏向吸引電子能力較強的原子一方,因而吸引電子能力較弱的原子一方相對的顯正電性。這樣的共價鍵叫做極性共價鍵,簡稱極性鍵。

單一進制素可以以共價鍵形式組成,如 H2,O2

NaCl 以離子鍵(極性鍵)組成。Na 電子層排布:2-8-1,Cl 電子層排布:2-8-7,一個容易失去電子,一個容易得到電子。

同位素:由于元素周期表是以質子數數量為排序依據,而未考慮中子數,是以,中子數不同,而質子數不同的元素稱為同位素。

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PM 結

一塊半導體晶體一側 摻雜 )成P型半導體,另一側摻雜成N型半導體,中間二者相連的接觸面稱為PN結(英語:pn junction)。PN結是 電子技術 中許多元件,例如半導體 二極管 雙極性半導體 的物質基礎。
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PM 結的基本原理

摻入少量雜質 元素(或 元素)的矽晶體(或鍺晶體)中,由于半導體原子(如矽原子)被雜質原子取代,硼原子外層的三個外層電子與周圍的半導體原子形成共價鍵的時候,會産生一個“空穴”,這個空穴可能吸引束縛電子來“填充”,使得硼原子成為帶負電的離子。這樣,這類半導體由于含有較高濃度的“空穴”(“相當于”正電荷),成為能夠導電的物質。

Si

電子層排布:

2-8-4

,純

Si

在四周和 4 個

Si

元素共用 4 個外層電子,組成 4 個共價鍵,形成 4 + 4 的 8 電子數穩定結構。在此基礎上,加入

B

(電子排布:2-3),使其産生一個空穴。

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元素)的 晶體(或 晶體)中,由于半導體原子(如矽原子)被雜質原子取代,磷原子外層的五個外層 的其中四個與周圍的半導體原子形成 ,多出的一個電子幾乎不受束縛,較為容易地成為自由電子。于是,N型半導體就成為了含自由電子濃度較高的半導體,其導電性主要是因為自由電子導電。
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PN 結的形成

當 PN 級結合的時候,N 極多餘電子會往 P 極擴充,形成一個内電場,這個内電場叫做 PN 結,也叫阻擋層、耗盡層、空間電荷區。

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電子受到電場力作用會漂移向N級,但N級電子太多,還是會向P級擴散。兩種運動形成了動态平衡,當然,不一定會像下面這個動畫一樣形成穩定的環形電流。
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電源正極接P,負極接N,電荷會重新分布
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因為載流子多而且PN結窄,是以會形成比較大的電流。
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負極電子的流入(外加電場)導緻 PN 結變窄,進而使得電子的擴散運動得到增強,并形成正向電流

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反向偏置使得 PN 結變寬

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因為載流子少而且PN結太寬,是以電流會很小。
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QA

  • 同位素
同位素(英語:Isotope)是某種特定化學 元素 之下的不同種類,同一種元素下的所有同位素都具有相同 原子序數 質子 數目相同,但 中子 數目卻不同。這些同位素在 化學元素周期表

中占有同一個位置,是以得名。

例如

元素中 ,它們 原子核 中都有1個質子,但是它們的原子核中分别有0個中子、1個中子及2個中子,是以它們互為同位素。
  • 工業制矽
工業上,通常是在電爐中由 還原 二氧化矽

而制得:

SiO2 + 2C → Si + 2CO

  • 半導體
半導體(英語:Semiconductor)是指一種 導電性 可受控制,範圍可從 絕緣體 導體 之間的材料。常見的半導體材料有 砷化镓 等,而矽更是各種半導體材料中,在商業應用上最具有影響力的一種。
  • 二級管
(英語:Diode),是一種具有不對稱 電導 的雙 電極 電子元件 [注 1] 。理想的二極管在正向導通時兩個電極( 陽極 陰極 )間擁有零電阻,而反向時則有無窮大電阻,即電流隻允許由單一方向流過二極管。

References

更多文章通路:

zhoukekestar.github.io/notes

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