P-N結的案例
：用單一D-A共聚物制備的全有機平面P-N結
無機P-N結廣泛應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等，但是全有機P-N結卻鮮有報導。無機半導體通?？梢岳门鸷土讚诫s硅分別得到P型和N型半導體，理論上可以通過單一有機材料的化學摻雜來創建P-N結，但是基于單一有機材料的高性能P-N結很少報導，因為摻雜劑的擴散通常會導致材料產生瞬態的整流效應。
西安交通大學王洪教授團隊利用單一有機材料，單一摻雜劑，通過改變摻雜劑的摻雜濃度，使有機聚合物材料同時具有P型和N型這一特點，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，制備出了全有機平面P-N結，該平面P-N結具有~3.83 A/cm2的高電流密度和~2100的高整流比。這種P-N結還具有良好的穩定性，在手套箱中存儲一個月之后仍然具備整流效果，作者進行了一系列譜圖表征，分析解釋聚合物發生極性轉換的原因，用半波進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的分子結構。(b)平面P-N結的制備過程。(c) 三個D-A聚合物T2-DPPT, DPPTTT和T-DPPT制備出的P-N結的電流密度隨偏置電壓（-5V到+5V）的變化圖。(d)本文全有機平面P-N結和文獻報導的全有機P-N結的電流密度的比較。(e)當輸入電壓為-5 V到+5V時T2-DPPT的電流密度隨電壓的變化圖。
展開 二極管的反向恢復時間
接通過程中，二極管P區向N區輸運大量空穴，N區向P區輸運大量電子。隨著時間的延長，N區內空穴和P區內電子不斷增加，直到穩態時停止。在穩態時，流入N區的空穴正好與N區內復合掉的空穴數目相等，流入P區的電子也正好與P區內復合掉的電子數目相等，達到動態平衡，流過P-N結的電流為一常數I1。
隨著勢壘區邊界上的空穴和電子密度的增加，P-N結上的電壓逐步上升，在穩態即為VJ。此時，二極管就工作在導通狀態。
當某一時刻在外電路上加的正脈沖跳變為負脈沖時：
正向時積累在各區的大量少子要被反向偏置電壓拉回到原來的區域，開始時的瞬間，流過P-N結的反向電流很大，經過一段時間后，原本積累的載流子一部分通過復合，一部分被拉回原來的區域，反向電流才恢復到正常情況下的反向漏電流值IR。
正向導通時少數載流子積累的現象稱為電荷儲存效應。二極管的反向恢復過程就是由于電荷儲存所引起的。
展開 二極管的反向恢復時間
接通過程中，二極管P區向N區輸運大量空穴，N區向P區輸運大量電子。隨著時間的延長，N區內空穴和P區內電子不斷增加，直到穩態時停止。在穩態時，流入N區的空穴正好與N區內復合掉的空穴數目相等，流入P區的電子也正好與P區內復合掉的電子數目相等，達到動態平衡，流過P-N結的電流為一常數I1。
隨著勢壘區邊界上的空穴和電子密度的增加，P-N結上的電壓逐步上升，在穩態即為VJ。此時，二極管就工作在導通狀態。
當某一時刻在外電路上加的正脈沖跳變為負脈沖時：
正向時積累在各區的大量少子要被反向偏置電壓拉回到原來的區域，開始時的瞬間，流過P-N結的反向電流很大，經過一段時間后，原本積累的載流子一部分通過復合，一部分被拉回原來的區域，反向電流才恢復到正常情況下的反向漏電流值IR。
正向導通時少數載流子積累的現象稱為電荷儲存效應。二極管的反向恢復過程就是由于電荷儲存所引起的。
展開 干貨｜你了解二極管的反向恢復時間嗎？
接通過程中，二極管P區向N區輸運大量空穴，N區向P區輸運大量電子。隨著時間的延長，N區內空穴和P區內電子不斷增加，直到穩態時停止。
在穩態時，流入N區的空穴正好與N區內復合掉的空穴數目相等，流入P區的電子也正好與P區內復合掉的電子數目相等，達到動態平衡，流過P-N結的電流為一常數I1。
隨著勢壘區邊界上的空穴和電子密度的增加，P-N結上的電壓逐步上升，在穩態即為VJ。此時，二極管就工作在導通狀態。
當某一時刻在外電路上加的正脈沖跳變為負脈沖時：
正向時積累在各區的大量少子要被反向偏置電壓拉回到原來的區域，開始時的瞬間，流過P-N結的反向電流很大，經過一段時間后，原本積累的載流子一部分通過復合，一部分被拉回原來的區域，反向電流才恢復到正常情況下的反向漏電流值IR。
正向導通時少數載流子積累的現象稱為電荷儲存效應。二極管的反向恢復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結上的電流到達反向飽和電流IR，P-N結達到平衡。
定義流過P-N結的反向電流由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結的關斷時間（即為反向恢復時間）。
展開 
元器件的失效機理有哪些？
01
溫度導致失效
環境溫度是導致元件失效的重要因素，溫度變化對半導體器件的影響：構成雙極型半導體器件的基本單元P-N結對溫度的變化很敏感，當P-N結反向偏置時，由少數載流子形成的反向漏電流受溫度的變化影響，其關系為：
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發生漂移、晶體管電流放大系數發生變化、特性曲線發生變化，動態范圍變小。
溫度與允許功耗的關系如下：
式中：PCM―――最大允許功耗
TjM―――最高允許結溫
T――――使用環境溫度
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結的正向壓降受溫度的影響較大，所以用P-N為基本單元構成的雙極型半導體邏輯元件（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系。
當溫度升高時，P-N結的正向壓降減小，其開門和關門電平都將減小，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??；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、穩態失調，甚至熱擊穿。
展開 COMSOL這種的究竟是誰在學？
特別是靠近p-n結的Ndef(D)表現出主要的影響。此外，通過增加底泥，Jsc降低，同時也影響Voc和Rsh。由于孔洞擴散到背觸點的密度較低，孔洞阻擋高度的增加導致Jsc降低。此外，表面復合速度作為表示CIGSe中復合中心數量的一個組成部分，對Jsc有不利影響。此外，ODC內部靠近cd接口的Ndef(D)對Jsc的影響類似于衰減長度，但不影響其他特性。對ODC缺陷的影響主要是由于在p-n結附近有額外的復合中心，它可以湮滅新產生的載流子。
NA、dbackgrading、φm對Rsh有影響。隨著CIGSe層摻雜量的增加，分流電阻減小，而對于較大的功函數，分流電阻增大。衰減長度也可以用來提高或降低Rsh。對串聯電阻和FF的調整只能通過模擬中的附加接觸電阻來實現。
文章來源：COMSOL仿真交流
展開 紫外線傳感器用于UV LED燈廠家監測UV燈強度
半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED燈發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。
UV燈是紫外線燈管的簡稱，UV 是紫外線（Ultra-Violet Ray）的英文縮寫。這種燈管主要是用來利用紫外線的特性進行光化反應、產品固化、殺菌消毒、醫療檢驗等。
UV燈為氣體放電燈，氣體放電燈分為弧光放電和輝光放電，UV固化中常用UV燈為弧光放電燈，其工作原理是：在真空的石英管中加入定量的高純汞（水銀），通過對兩端電極提供電壓差（壓降），產生離子放電，從而產生紫外線輻射。UV燈的功率要滿足要求(一般為8 0—120W/cm)；UV燈的最大壽命不能超過1 200h，一般建議使用1 000h；UV燈使用500h換一次，保養一段時間兩支UV燈使用時可交替使用，一支為使用500h，另一支為使用500一l 000h之間的燈管；燈管清洗并逆時針旋轉1/4周后再使用。
UV 是紫外線的英文縮寫，工業用 UV 光源光譜范圍是200nm-450nm，以365nm為中心。按波段的不同，分別為UV-A，UV-B，UV-C各具有不同的用途。
要保證UV燈正常良好工作需保證以下要素：A.選擇匹配的點燈電源，所配套漏磁變壓器/電容器要與UV燈所需電壓/電流相符，漏磁變壓器的額定功率/二次電壓/工作電流/絕緣系數/耐壓程度和電容器的容量/耐壓/可沖放電次數，直接決定了UV燈管的發光效率/穩定性和壽命；B.適配風機要與UV燈功率吻合，注意：不可以用強風對燈管表面送風冷卻，否則燈管表面溫度過低會造成燈管滅弧熄燈。
展開 復旦大學Nano Letters：集成晶格匹配Ⅱ型Se/n-Si異質結基高性能硅兼容大面積紫外-可見
光電性能示意圖
（a）分別在350 nm (1.12 mW cm-2), 500 nm (1.52 mW cm-2) 和600 nm (0.84 mW cm-2)的光強下以及暗處的I-V曲線
（b）制備的Se/Si p-n異質結光電探測器在500 nm (1.52 mW cm-2)光強下，分別在-2V和0V下的I-t曲線
（c）在-2V偏壓下Se/Si光電探測器對3 Hz 355 nm的激光脈沖的光響應（插圖：測試電路原理圖）
（d）在（c）圖中的單一周期脈沖響應
（e）計算得出的Se/Si p-n異質結光電探測器的響應率和探測率
（f）Se/Si p-n異質結光電探測器的EQE曲線
圖4.亞微米Se晶體的光學性能及Se/n-Si異質結的光伏效應
（a）亞微米Se晶體的吸收曲線和測得的光學帶隙
（b）Se/n-Si異質結的能帶結構圖
（c）在-2V偏壓下，500 nm光強下光電流與光密度的關系（插圖：該光強下光電流的變化）
（d）在-2V偏壓下，700 nm光強下光電流與光密度的關系（插圖：該光強下光電流的變化）
【結論與展望】
文章提出并開發了一種金誘導的NH4Cl輔助的基于蒸氣的途徑，以在n型摻雜的Si（111）晶片上外延生長垂直排列的亞微米Se晶體。然后，基于集成的具有晶格匹配和II型能帶匹配的Se/n-Si p-n異質結構建了大面積硅兼容的紫外-可見光檢測器。高質量的p-n異質結和單晶p型和n型材料有效地保證了器件的高性能。
展開 【壓敏電阻工作原理及作用】- 米思米機械設備知識分享
三：壓敏電阻器與其他浪涌抑制器比較的優勢
1．更好的熱特性
與硅二極管只有一個P-N結承受浪涌電流不一樣，氧化鋅壓敏電阻器是由數百萬個P-N結組成，這種結構有更好的能量吸收能力和浪涌承受能力。
2.反應速度快
壓敏電阻器有與其它的半導體元件類似的動作特性。因為壓敏電阻器的傳導發生非?？?，延時只在納秒級的范圍內，所以能夠滿足任何實際需求。
3.過溫條件下有穩定的電壓
在超過崩潰電壓的情況下，一旦環境溫度超過正常的工作溫度范圍，二極管的限制電壓會隨著環境溫度的升高而升高，而壓敏電阻器的限制電壓在超過工作溫度范圍的情況下仍然幾乎保持恒定。當壓敏電阻器的漏電流隨著元件本體溫度的升高而增加時，壓敏電阻器的限制電壓不會隨著溫度的改變而改變。
4.電容
與二極管相比，壓敏電阻器有更高的電容值，根據不同的應用領域，對浪涌抑制器的電容值是不同的，在直流電路中，壓敏電阻器的電容既可起到去耦的作用又可以起到抑制瞬時過電壓的雙重作用。
5.低成本
與二級管相比，壓敏電阻器具有成本低和尺寸小的優點。
五：壓敏電阻選型技巧
壓敏電阻的主要參數有：壓敏電壓、通流容量、結電容、響應時間等。選用壓敏電阻器前，應先了解以下相關技術參數：標稱電壓是指在規定的溫度和直流電流下，壓敏電阻器兩端的電壓值。漏電流是指在25℃條件下，當施加最大連續直流電壓時，壓敏電阻器中流過的電流值。
展開 可以實現超低功耗的新半導體材料誕生
他們認為這些超級半導體在所謂的p-n結中特別有用，p-n結是控制半導體材料之間電流流向的重要接口。
例如，用于計算機芯片，Wei說，超級半導體可以大大降低功耗并延長我們電子產品的工作時間。隨著我們在生活中添加更多設備，這個想法可能會變得非常重要。
例如，如果您只考慮家庭或企業中的一臺個人計算機，那么似乎使用的電力或產生的熱量并不那么難以應對。筆記本電腦中的CPU芯片平均每小時使用約45瓦電量，略高于冰箱中的40瓦白熾燈泡。個人臺式計算機中的計算機芯片使用更多一點，大約125瓦，與客廳中的吊扇相同。
但是，當你將多個家庭和企業中的個人計算機與一些超級計算機結合起來時，從天氣預報到測試數學模型再到預測疾病路徑，你都可以看到這種熱效應是如何開始成倍增加的。與它們微不足道的個人計算機不同，今天的超級計算機通常包含100000個CPU芯片，消耗約12.5兆瓦的功率 - 相當于一個人口為10萬人的城鎮的功耗。
全世界有超過5億臺計算機。
“如果我們降低電子設備的功耗，你可以看到好處，”Wei說。“這只是考慮到計算機的使用，它沒有考慮其他設備，例如過去兩年在全球銷售的26億部智能手機?！?那么，該研究小組是如何弄清楚鈷和鋁是一個成功的組合的呢？
研究人員正在探索用于紅外探測器應用的鋁和碳納米管。他們知道，在小的貴金屬顆粒（例如，金，銀，鉑）上照射光會引起所謂的等離子體效應，其中材料上的電荷以一種導致電子積聚在顆粒表面上的方式分布。
通過使用一種稱為等離子體蝕刻的技術在自組裝的聚苯乙烯球體之間創造空間，研究小組能夠沉積一層10nm厚的鈷，然后在球體上沉積一層100nm的鋁。相比之下，人類的平均頭發厚度約為80000至100000nm。
展開 JACS: 在黃銅礦中發現壓力誘導的p-n轉換
在北京高壓科學研究中心近期的一項研究中，研究者們首次在黃銅礦中實現了陡峭的和可逆的壓致p-n轉換，有望應用于壓力敏感的轉換或開關元件中，以及利用應力實現特殊構型的p-n結構。伴隨著結構相變、二價鐵的高低自旋變化和半導體到半導體的轉變，黃銅礦在8GPa附近發生了載流子類型的轉換。實驗證據包括原位高壓光電流測試和霍爾系數測試結果。壓力誘導的載流子類型突變為新型壓致轉換材料的結構設計提供了一種新的思路。
半導體(semiconductor)，是指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。從固體能帶理論的角度，半導體材料的價帶和導帶之間通常具有適當寬度的間隙，載流子在光、熱或電場的激發下可以從價帶躍遷到導帶從而形成電流。根據半導體材料中多數載流子類型的不同，可以分為p型半導體(空穴型)和n型半導體(電子型)兩種。將p型半導體與n型半導體連接在一起，在它們的交界面上就形成了“p-n結”空間電荷區。p-n結具有單向導電性，其特性被廣泛應用于現代電子技術中。半導體材料例如硅、鍺、砷化鎵等，也是制造二極管、雙極性晶體管和其它核心元件的物質基礎。探索新的半導體材料和在不同外界條件下奇異的物理性質，是半導體領域的研究熱點和核心所在。
近期的研究發現，有很少幾種含銀的半導體材料如AgCuS,AgBiSe2和Ag10Te4Br3等在溫度變化時會發生載流子類型的轉變，通常為可逆變化且伴隨著結構相變，極有希望應用于雙態轉換、存儲材料和特殊p-n構型器件的構筑。而與溫度相比，壓力誘導的p-n轉換很少見諸報道，但具有更好的應用前景和機械加工優勢。北京高壓科學研究中心的王永剛和楊文革研究員課題組一直致力于新型壓致轉換材料的研究。他們通過對幾十種過渡金屬硫族半導體材料進行篩選和原位高壓研究，最終在黃銅礦中實現了壓力誘導的陡峭的p-n轉換。
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新型量子點LED：發光效率創紀錄！
LED的核心器件是半導體晶片，晶片由兩部分構成：一部分是P型半導體，一部分是N型半導體。兩種半導體連接起來，就形成了“P-N結”。當電流作用于晶片時，電子流向P區并與空穴結合，然后以光子形式發出能量。
然而，發光的顏色，也就是光的波長，是由形成P-N結的材料決定的。一般來說，砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光，氮化鎵二極管發藍光。
創新
近日，土耳其科克大學（Ko? University）的研究人員展示了一種基于納米材料的白色發光二極管（LED），它創造了發光效率的記錄：105 流明/瓦。發光效率是光通量與功率的比值，即衡量了光源利用電力產生光線的效率。通過進一步開發，新型LED可以達到 200 流明/瓦的效率，從而成為一種可用于家庭、辦公室和電視臺的頗具前景的節能光源。
量子點白色LED
(圖片來源：Sedat Nizamoglu, Ko? University)
在美國光學學會高影響力研究期刊《Optica》上，研究人員描述了他們是如何創造出這種高效的白色LED的。這種新型LED采用了市場可以買得到的藍色LED，結合充滿納米尺寸半導體顆粒（量子點）溶液的柔性透鏡。藍色LED發出的光線引起量子點發出綠光和紅光，并結合藍光，創造出白光。
柔性透鏡
(圖片來源：Sedat Nizamoglu, Ko? University)
技術
(圖片來源：參考資料【2】)
為了利用現有的LED制造出白光，研究人員為藍色LED涂上了基于微黃色磷光體的涂料，從而將藍光和黃光結合到一起。因為磷光體具有較寬的發射范圍，從藍色到紅色，所以它難以靈敏地調諧生成的白光特性。
與磷光體不同，量子點生成的顏色純凈，因為它只發出較窄的頻譜。
展開 激光技術運用普及，半導體激光體備受關注
半導體激光器的工作特性
1、閾值電流
當注入p-n結的電流較低時，只有自發輻射產生，隨電流值的增大增益也增大，達閾值電流時，p-n結產生激光。
影響閾值的幾個因素：
（1）晶體的摻雜濃度越大，閾值越小。
（2）諧振腔的損耗小，如增大反射率，閾值就低。
（3）與半導體材料結型有關，異質結閾值電流比同質結低得多。目前，室溫下同質結的閾值電流大于30000A/cm2；單異質結約為8000A/cm2；雙異質結約為1600A/cm2?，F在已用雙異質結制成在室溫下能連續輸出幾十毫瓦的半導體激光器。
（4）溫度愈高，閾值越高。100K以上，閾值隨T的三次方增加。因此，半導體激光器最好在低溫和室溫下工作。
2、方向性
由于半導體激光器的諧振腔短小，激光方向性較差，在結的垂直平面內，發散角最大，可達20°-30°；在結的水平面內約為10°左右。
3、效率
量子效率 η＝每秒發射的光子數／每秒到達結區的電子空穴對數
77K時，GaAs激光器量子效率達70％－80％；300K時，降到30％左右。
功率效率η1＝輻射的光功率／加在激光器上的電功率
由于各種損耗，目前的雙異質結器件，室溫時的η1最高10％，只有在低溫下才能達到30％－40％。
4、光譜特性
由于半導體材料的特殊電子結構，受激復合輻射發生在能帶（導帶與價帶）之間，所以激光線寬較寬，GaAs激光器，室溫下譜線寬度約為幾納米，可見其單色性較差。輸出激光的峰值波長：77K時為840nm；300K時為902nm。
異質結激光器的工作過程
半導體激光器的結構多種多樣，基本結構是圖示出的雙異質結(DH)平面條形結構。
這種結構由三層不同類型半導體材料構成，不同材料發射不同的光波長。圖中標出所用材料和近似尺寸。
展開 干貨 | LED芯片原理知識大全一覽
半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。
LED芯片發光原理
led芯片內部結構圖
三、LED芯片的分類
1、MB芯片定義與特點
定義：Metal Bonding(金屬粘著)芯片;該芯片屬于UEC的專利產品。
特點：
(1)采用高散熱系數的材料---Si作為襯底，散熱容易。
Thermal Conductivity;GaAs：46W/m-K;GaP：77W/m-K;Si：125～150W/m-K;Cupper:300~400W/m-k;SiC：490W/m-K
(2)通過金屬層來接合(wafer bonding)磊晶層和襯底，同時反射光子，避免襯底的吸收。
(3)導電的Si襯底取代GaAs襯底，具備良好的熱傳導能力(導熱系數相差3~4倍)，更適應于高驅動電流領域。
(4)底部金屬反射層，有利于光度的提升及散熱。
(5)尺寸可加大，應用于High power領域，eg:42mil MB。
展開 為什么發光二極管的很難發出藍光？
LED發光原理
發光二極管（Light EmitTIng Diodes， LED）的發光區域是p-n結，稱為有源區（acTIve region）。
在兩端加上電場后，p區的空穴和n區的電子向中央移動，終在這個區域復合。
當然，不是所有的電子-空穴對復合時都會發出光子，能輻射出光子的復合稱為輻射性復合（radiaTIve recombinaTIon）。
這個過程也可以認為是電子從導帶（conduction band）躍遷到價帶（valence band），并輻射出一個光子，如下圖。
所以，輻射光的顏色，或者說輻射光子的能量完全由帶隙（band gap）決定。人們的需求使得半導體工藝迅猛發展，如今已經可以制備很大的單晶硅，即一塊相當完美的晶體，缺陷很少。只可惜，代半導體硅是間接帶隙（indirect bandgap）半導體，發光效率很低。對于電致發光元件來說，通常采用直接帶隙（direct bandgap）半導體，發展過程如下圖。
然而對于直接帶隙半導體，如何獲取完美的晶體一直是技術上的難題。II-VI族半導體化合物極容易形成結構上的缺陷，缺乏商業應用的價值，因此被關注更多的是III-V族半導體化合物。在1975年之前，第二代半導體砷化物和磷化物已經實現在紅黃光區的明亮發光。由下圖可以看到，GaP與GaAs的帶隙較小，輻射的光子處于紅黃波段。
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