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芯片中的二極管到底是怎么實(shí)現(xiàn)單向?qū)щ姷?/div>

發(fā)布時(shí)間：2020-10-29 18:33:16
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芯片中的二極管到底是怎么實(shí)現(xiàn)單向?qū)щ姷?/div>

晶體管是構(gòu)建芯片的基石，一塊芯片上集成有幾十億甚至上百億的晶體管。芯片可以說相當(dāng)于人類的大腦，那么晶體管也就相當(dāng)于人腦的神經(jīng)元。

我們知道芯片是用來處理二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，它可以將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成我們能夠看懂的信息，芯片又是通過晶體管管來完成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，晶體管中的二極管的單向?qū)щ妼?duì)二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換起著決定性的作用。那么二極管又是如何單向?qū)щ姷哪兀?/div>

以下內(nèi)容將為大家解開疑惑。

01 P型與N型半導(dǎo)體

二極管分別由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成。P型半導(dǎo)體是在硅中摻雜了硼，N型半導(dǎo)體是在硅中摻雜磷。我們知道硅原子最外層有4個(gè)電子，而硼的原子最外層只有3個(gè)電子，4個(gè)電子無法與3個(gè)電子完全配對(duì)，就會(huì)形成一個(gè)空穴，在P型半導(dǎo)體中若有多個(gè)硼原子就會(huì)有多個(gè)空穴。磷最外層電子為5個(gè)，與最外層只有4個(gè)電子的硅配對(duì)后，還會(huì)多出一個(gè)自由電子，在N型半導(dǎo)體中若有多個(gè)磷原子就會(huì)有多個(gè)自由電子。

02 PN結(jié)

但是在P型和N型半導(dǎo)體交界面處會(huì)發(fā)生電子和空穴的擴(kuò)散，靠近交界處的N型區(qū)中的自由電子越過交界面擴(kuò)散到P型區(qū)，靠近交界處的P型區(qū)的空穴越過交界面擴(kuò)散到N型區(qū)。擴(kuò)散之后，N型區(qū)的磷失去了電子，就會(huì)變?yōu)閹д姾傻牧纂x子，P型區(qū)的硼跑掉了一部分空穴而得到了電子，就變?yōu)榱藥ж?fù)電荷的硼離子。從而擴(kuò)散后在交界面處就形成了PN結(jié)。在PN 結(jié)內(nèi)，由于存在了正負(fù)電荷，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由正電荷指向負(fù)電荷（N區(qū)指向P區(qū)）的電場(chǎng)，稱為內(nèi)建電場(chǎng)（又稱勢(shì)壘電場(chǎng))。由于勢(shì)壘的存在就阻擋了其他載流子（電子或離子）的進(jìn)一步遷移，會(huì)使PN結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

03 PN結(jié)單向?qū)щ娫?/div>

假如我們?cè)谶B接好的P型N型半導(dǎo)體兩端加一電壓，使N端接正極，P端接負(fù)極，就會(huì)在P型N型半導(dǎo)體處形成一外加電場(chǎng)，那么此時(shí)的外加電場(chǎng)方向與內(nèi)建電場(chǎng)的方向相同，N型中的負(fù)電載流子會(huì)向電源正極方向遷移，而P型中的正電載流子會(huì)向電源負(fù)極方向遷移，結(jié)果就是使勢(shì)壘電場(chǎng)范圍擴(kuò)大，即PN結(jié)擴(kuò)大，從而使電流很難通過二極管。

若我們使N端接負(fù)極，P端接正極，此時(shí)的內(nèi)建電場(chǎng)會(huì)與外加電場(chǎng)方向相反。若兩部分電場(chǎng)強(qiáng)度相當(dāng)則會(huì)相互抵消，不會(huì)有電流通過。若外加電場(chǎng)強(qiáng)度大于內(nèi)建電場(chǎng)，內(nèi)部載流子就會(huì)突破勢(shì)壘的阻礙，N區(qū)內(nèi)的負(fù)電載流子大量流入電源正極，P區(qū)內(nèi)的正電載流子大量流入負(fù)極，這時(shí)就形成了電流

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