P-N結(jié)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-11-08
P-N結(jié)的實(shí)例教程
無機(jī)P-N結(jié)廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中如集成電路、太陽能電池和通信系統(tǒng)等，但是全有機(jī)P-N結(jié)卻鮮有報導(dǎo)。無機(jī)半導(dǎo)體通常可以利用硼和磷摻雜硅分別得到P型和N型半導(dǎo)體，理論上可以通過單一有機(jī)材料的化學(xué)摻雜來創(chuàng)建P-N結(jié)，但是基于單一有機(jī)材料的高性能P-N結(jié)很少報導(dǎo)，因?yàn)閾诫s劑的擴(kuò)散通常會導(dǎo)致材料產(chǎn)生瞬態(tài)的整流效應(yīng)。
西安交通大學(xué)王洪教授團(tuán)隊利用單一有機(jī)材料，單一摻雜劑，通過改變摻雜劑的摻雜濃度，使有機(jī)聚合物材料同時具有P型和N型這一特點(diǎn)，用簡單的滴涂方法，在玻璃片或者聚四氟乙烯膠帶上滴上制備得到的N型的材料，之后刮去一端，滴上P型的材料，制備出了全有機(jī)平面P-N結(jié)，該平面P-N結(jié)具有~3.83 A/cm2的高電流密度和~2100的高整流比。這種P-N結(jié)還具有良好的穩(wěn)定性，在手套箱中存儲一個月之后仍然具備整流效果，作者進(jìn)行了一系列譜圖表征，分析解釋聚合物發(fā)生極性轉(zhuǎn)換的原因，用半波進(jìn)一步測試了整流效果。
圖1. (a)三個D-A聚合物，T2-DPPT, DPPTTT和 T-DPPT的分子結(jié)構(gòu)。(b)平面P-N結(jié)的制備過程。(c) 三個D-A聚合物T2-DPPT, DPPTTT和T-DPPT制備出的P-N結(jié)的電流密度隨偏置電壓（-5V到+5V）的變化圖。(d)本文全有機(jī)平面P-N結(jié)和文獻(xiàn)報導(dǎo)的全有機(jī)P-N結(jié)的電流密度的比較。(e)當(dāng)輸入電壓為-5 V到+5V時T2-DPPT的電流密度隨電壓的變化圖。
展開 接通過程中，二極管P區(qū)向N區(qū)輸運(yùn)大量空穴，N區(qū)向P區(qū)輸運(yùn)大量電子。隨著時間的延長，N區(qū)內(nèi)空穴和P區(qū)內(nèi)電子不斷增加，直到穩(wěn)態(tài)時停止。在穩(wěn)態(tài)時，流入N區(qū)的空穴正好與N區(qū)內(nèi)復(fù)合掉的空穴數(shù)目相等，流入P區(qū)的電子也正好與P區(qū)內(nèi)復(fù)合掉的電子數(shù)目相等，達(dá)到動態(tài)平衡，流過P-N結(jié)的電流為一常數(shù)I1。
隨著勢壘區(qū)邊界上的空穴和電子密度的增加，P-N結(jié)上的電壓逐步上升，在穩(wěn)態(tài)即為VJ。此時，二極管就工作在導(dǎo)通狀態(tài)。
當(dāng)某一時刻在外電路上加的正脈沖跳變?yōu)樨?fù)脈沖時：
正向時積累在各區(qū)的大量少子要被反向偏置電壓拉回到原來的區(qū)域，開始時的瞬間，流過P-N結(jié)的反向電流很大，經(jīng)過一段時間后，原本積累的載流子一部分通過復(fù)合，一部分被拉回原來的區(qū)域，反向電流才恢復(fù)到正常情況下的反向漏電流值IR。
正向?qū)〞r少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象稱為電荷儲存效應(yīng)。二極管的反向恢復(fù)過程就是由于電荷儲存所引起的。
展開 接通過程中，二極管P區(qū)向N區(qū)輸運(yùn)大量空穴，N區(qū)向P區(qū)輸運(yùn)大量電子。隨著時間的延長，N區(qū)內(nèi)空穴和P區(qū)內(nèi)電子不斷增加，直到穩(wěn)態(tài)時停止。在穩(wěn)態(tài)時，流入N區(qū)的空穴正好與N區(qū)內(nèi)復(fù)合掉的空穴數(shù)目相等，流入P區(qū)的電子也正好與P區(qū)內(nèi)復(fù)合掉的電子數(shù)目相等，達(dá)到動態(tài)平衡，流過P-N結(jié)的電流為一常數(shù)I1。
隨著勢壘區(qū)邊界上的空穴和電子密度的增加，P-N結(jié)上的電壓逐步上升，在穩(wěn)態(tài)即為VJ。此時，二極管就工作在導(dǎo)通狀態(tài)。
當(dāng)某一時刻在外電路上加的正脈沖跳變?yōu)樨?fù)脈沖時：
正向時積累在各區(qū)的大量少子要被反向偏置電壓拉回到原來的區(qū)域，開始時的瞬間，流過P-N結(jié)的反向電流很大，經(jīng)過一段時間后，原本積累的載流子一部分通過復(fù)合，一部分被拉回原來的區(qū)域，反向電流才恢復(fù)到正常情況下的反向漏電流值IR。
正向?qū)〞r少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象稱為電荷儲存效應(yīng)。二極管的反向恢復(fù)過程就是由于電荷儲存所引起的。
展開 接通過程中，二極管P區(qū)向N區(qū)輸運(yùn)大量空穴，N區(qū)向P區(qū)輸運(yùn)大量電子。隨著時間的延長，N區(qū)內(nèi)空穴和P區(qū)內(nèi)電子不斷增加，直到穩(wěn)態(tài)時停止。
在穩(wěn)態(tài)時，流入N區(qū)的空穴正好與N區(qū)內(nèi)復(fù)合掉的空穴數(shù)目相等，流入P區(qū)的電子也正好與P區(qū)內(nèi)復(fù)合掉的電子數(shù)目相等，達(dá)到動態(tài)平衡，流過P-N結(jié)的電流為一常數(shù)I1。
隨著勢壘區(qū)邊界上的空穴和電子密度的增加，P-N結(jié)上的電壓逐步上升，在穩(wěn)態(tài)即為VJ。此時，二極管就工作在導(dǎo)通狀態(tài)。
當(dāng)某一時刻在外電路上加的正脈沖跳變?yōu)樨?fù)脈沖時：
正向時積累在各區(qū)的大量少子要被反向偏置電壓拉回到原來的區(qū)域，開始時的瞬間，流過P-N結(jié)的反向電流很大，經(jīng)過一段時間后，原本積累的載流子一部分通過復(fù)合，一部分被拉回原來的區(qū)域，反向電流才恢復(fù)到正常情況下的反向漏電流值IR。
正向?qū)〞r少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象稱為電荷儲存效應(yīng)。二極管的反向恢復(fù)過程就是由于電荷儲存所引起的。
反向電流保持不變的這段時間就稱為儲存時間ts。在ts之后，P-N結(jié)上的電流到達(dá)反向飽和電流IR，P-N結(jié)達(dá)到平衡。
定義流過P-N結(jié)的反向電流由I2下降到0.1 I2時所需的時間為下降時間tf。儲存時間和下降時間之和為（ts+tf）稱為P-N結(jié)的關(guān)斷時間（即為反向恢復(fù)時間）。
展開 01
溫度導(dǎo)致失效
環(huán)境溫度是導(dǎo)致元件失效的重要因素，溫度變化對半導(dǎo)體器件的影響：構(gòu)成雙極型半導(dǎo)體器件的基本單元P-N結(jié)對溫度的變化很敏感，當(dāng)P-N結(jié)反向偏置時，由少數(shù)載流子形成的反向漏電流受溫度的變化影響，其關(guān)系為：
式中：ICQ―――溫度T0C時的反向漏電流
ICQR――溫度TR℃時的反向漏電流
T－TR――溫度變化的絕對值
由上式可以看出，溫度每升高10℃，ICQ將增加一倍。這將造成晶體管放大器的工作點(diǎn)發(fā)生漂移、晶體管電流放大系數(shù)發(fā)生變化、特性曲線發(fā)生變化，動態(tài)范圍變小。
溫度與允許功耗的關(guān)系如下：
式中：PCM―――最大允許功耗
TjM―――最高允許結(jié)溫
T――――使用環(huán)境溫度
RT―――熱阻
由上式可以看出，溫度的升高將使晶體管的最大允許功耗下降。
由于P-N結(jié)的正向壓降受溫度的影響較大，所以用P-N為基本單元構(gòu)成的雙極型半導(dǎo)體邏輯元件（TTL、HTL等集成電路）的電壓傳輸特性和抗干擾度也與溫度有密切的關(guān)系。
當(dāng)溫度升高時，P-N結(jié)的正向壓降減小，其開門和關(guān)門電平都將減小，這就使得元件的低電平抗干擾電壓容限隨溫度的升高而變小；高電平抗干擾電壓容限隨溫度的升高而增大，造成輸出電平偏移、波形失真、穩(wěn)態(tài)失調(diào)，甚至熱擊穿。
展開 
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P-N結(jié)的最新內(nèi)容
太陽能電池還使用單個或多個P-N結(jié)，并可作為單面板或雙面模塊進(jìn)行商業(yè)化。
光電子學(xué)的優(yōu)勢與不足
光電器件種類繁多，其性能優(yōu)勢通常需要結(jié)合具體器件及應(yīng)用系統(tǒng)來評估。
光電器件的優(yōu)勢包括：
攝像頭可以清晰識別和確定前方的物體，而純電子系統(tǒng)（如雷達(dá)）只能檢測到物體，而不能進(jìn)行識別。
照明用的LED在能效、亮度和圖像質(zhì)量方面十分出眾。
圖2：微環(huán)調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖
圖3：在Lumerical CHARGE中進(jìn)行電學(xué)仿真
如圖2、3為一個一個基于p-i-n結(jié)的硅基微環(huán)電光調(diào)制器，微環(huán)部分由p-i-n脊形波導(dǎo)構(gòu)成，中間部分由本征硅作為波導(dǎo)，兩邊分別為p型和n型重?fù)诫s區(qū)域，通過載流子注入機(jī)制實(shí)現(xiàn)電壓對載流子濃度的調(diào)制。
關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體制冷；ANSYS仿真；傳熱；管路溫控
半導(dǎo)體制冷是20世紀(jì)50年代末發(fā)展起來的一種制冷新技術(shù)，因它是利用特種半導(dǎo)體材料組成P-N結(jié)，通上直流電就能制冷，又稱為熱電制冷或溫差電制冷。它既無復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)，又無制冷機(jī)必需的制冷劑，幾秒鐘內(nèi)就可使冷端結(jié)霜，制冷迅速。多個制冷片可以根據(jù)使用場景任意組合排布，實(shí)現(xiàn)制冷量從毫瓦級到千瓦級變化，使用起來方便且應(yīng)用廣泛。
然后，研究了在吸收器背面的受體缺陷梯度和在p-n結(jié)處的施主缺陷密度分布的附加應(yīng)用。討論了這些參數(shù)調(diào)整的結(jié)果，并給出了趨勢，使實(shí)驗(yàn)J-V曲線能夠快速擬合。
最后，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與氧化銦錫和Mo背接觸的J-V曲線進(jìn)行了比較，并討論了擬合過程中遇到的問題。
三：壓敏電阻器與其他浪涌抑制器比較的優(yōu)勢
1．更好的熱特性
與硅二極管只有一個P-N結(jié)承受浪涌電流不一樣，氧化鋅壓敏電阻器是由數(shù)百萬個P-N結(jié)組成，這種結(jié)構(gòu)有更好的能量吸收能力和浪涌承受能力。
2.反應(yīng)速度快
壓敏電阻器有與其它的半導(dǎo)體元件類似的動作特性。
當(dāng)外加電壓等于零時，由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。
由于對少子壽命的要求較高，IBC電池一般以N型硅片作為基底，前表面為N+前場區(qū)FSF，利用場鈍化效應(yīng)降低表面少子濃度，從而降低表面復(fù)合速率，同時還可以降低串聯(lián)電阻，提升電子傳輸能力；背表面為采用擴(kuò)散方式形成的叉指狀排列的P+發(fā)射極和N++背場BSF，發(fā)射極能夠與N型硅基底形成p-n結(jié)，有效分流載流子，n+背表面場區(qū)能夠與n型硅形成高低結(jié)，增強(qiáng)載流子的分離能力，是IBC電池的核心技術(shù)；前后表面均采用SiO2
鋁背場電池的制造是在晶硅光伏電池P-N結(jié)制備完成后，通過摻硼或淀積鋁層燒結(jié)的方法，在硅片的背光面沉積一層鋁膜，制備形成高摻雜濃度的P+層，從而形成鋁背場。
因此，在p - n結(jié)附近和金屬接觸界面處產(chǎn)生了更精細(xì)的網(wǎng)格。為了提高結(jié)果的準(zhǔn)確性和獲得更快的計算時間，定義了網(wǎng)格劃分序列。整個嚙合序列的最大和最小單元尺寸分別設(shè)置為52.2和2.24 nm。最大元素增長率設(shè)置為1.35，曲率因子為0.3。
通過對整體模型中各部件采用掃描網(wǎng)格劃分方法，降低了模型的計算復(fù)雜度和尺寸。FTO和TiO2之間的邊界采用自由三角形網(wǎng)格劃分單元。
刻蝕后再將各種離子（如P與N離子）通過電場加速轟擊刻蝕好的溝道內(nèi)，來形成P-N結(jié)等電路結(jié)構(gòu)。
目前芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，電路之間聯(lián)系緊密，間距極小。一塊芯片從開始制造到形成集成電路，像刻蝕、離子注入等流程要重復(fù)上百次，電力的大量消耗也在所難免。
今明兩年，臺積電將在中國臺灣規(guī)劃建設(shè)11座晶圓廠，其中大部分為生產(chǎn)2-3nm先進(jìn)制程的晶圓廠。
