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芯片中的二極管到底是怎么實現(xiàn)單向?qū)щ姷?/div>

發(fā)布時間：2020-10-29 18:33:16
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芯片中的二極管到底是怎么實現(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。芯片可以說相當于人類的大腦，那么晶體管也就相當于人腦的神經(jīng)元。

我們知道芯片是用來處理二進制數(shù)字信號，它可以將二進制數(shù)字信號轉(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制數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，晶體管中的二極管的單向?qū)щ妼ΧM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型半導體

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

02 PN結(jié)

但是在P型和N型半導體交界面處會發(fā)生電子和空穴的擴散，靠近交界處的N型區(qū)中的自由電子越過交界面擴散到P型區(qū)，靠近交界處的P型區(qū)的空穴越過交界面擴散到N型區(qū)。擴散之后，N型區(qū)的磷失去了電子，就會變?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撾姾傻呐痣x子。從而擴散后在交界面處就形成了PN結(jié)。在PN 結(jié)內(nèi)，由于存在了正負電荷，就會產(chǎn)生一個由正電荷指向負電荷（N區(qū)指向P區(qū)）的電場，稱為內(nèi)建電場（又稱勢壘電場)。由于勢壘的存在就阻擋了其他載流子（電子或離子）的進一步遷移，會使PN結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

03 PN結(jié)單向?qū)щ娫?/div>

假如我們在連接好的P型N型半導體兩端加一電壓，使N端接正極，P端接負極，就會在P型N型半導體處形成一外加電場，那么此時的外加電場方向與內(nèi)建電場的方向相同，N型中的負電載流子會向電源正極方向遷移，而P型中的正電載流子會向電源負極方向遷移，結(jié)果就是使勢壘電場范圍擴大，即PN結(jié)擴大，從而使電流很難通過二極管。

若我們使N端接負極，P端接正極，此時的內(nèi)建電場會與外加電場方向相反。若兩部分電場強度相當則會相互抵消，不會有電流通過。若外加電場強度大于內(nèi)建電場，內(nèi)部載流子就會突破勢壘的阻礙，N區(qū)內(nèi)的負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極，這時就形成了電流

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