p-n結(jié)二極管

半導(dǎo)體探測器工作原理

多數(shù)載流子擴散，空間電荷形成內(nèi)電場并形成結(jié)區(qū)。結(jié)區(qū)內(nèi)存在著勢壘，結(jié)區(qū)又稱為勢壘區(qū)。勢壘區(qū)內(nèi)為耗盡層，無載流子存在，實現(xiàn)高電阻率，遠高于本征電阻率 。

在P-N結(jié)上加反向電壓，由于結(jié)區(qū)電阻率很高，電位差幾乎都降在結(jié)區(qū)。

反向電壓形成的電場與內(nèi)電場方向一致。

在外加反向電壓時的反向電流：

少子的擴散電流，結(jié)區(qū)面積不變，I_S 不變；

結(jié)區(qū)體積加大，熱運動產(chǎn)生電子空穴多，I_G 增大；

反向電壓產(chǎn)生漏電流 IL ，主要是表面漏電流。

半導(dǎo)體探測器P-N結(jié)半導(dǎo)體探測器的類型

擴散結(jié)(Diffused Junction)型探測器

采用擴散工藝——高溫擴散或離子注入 ；材料一般選用P型高阻硅，電阻率為1000；在電極引出時一定要保證為歐姆接觸，以防止形成另外的結(jié)。

金硅面壘(Surface Barrier)探測器

一般用N型高阻硅，表面蒸金50～100μg/cm² 氧化形成P型硅，而形成P-N結(jié)。工藝成熟、簡單、價廉。

半導(dǎo)體探測器存在的矛盾

由于一般半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)濃度和外加高壓的限制，耗盡層厚度為1～2mm。 對強穿透能力的輻射而言，探測效率受很大的局限。

P-N結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

利用二極管實現(xiàn)邏輯電路主要是利用了二極管的單向?qū)щ娦?，二極管之所以具有單向?qū)щ娦?，是因為制作二極管的半導(dǎo)體中P-N結(jié)的作用，下面首先對P-N結(jié)做一些介紹。

P-N結(jié)是在一塊半導(dǎo)體中，摻入施主（如硅元素）雜質(zhì)，使其中一部分成為N型半導(dǎo)體。其余部分摻入受主雜質(zhì)（如硼元素）而成為P型半導(dǎo)體，當P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體這兩個區(qū)域共處一體時，這兩個區(qū)域之間的交界層就是P-N結(jié)。P-N結(jié)很薄，結(jié)中電子和空穴都很少，但在靠近N型一邊有帶正電荷的離子，靠近P型一邊有帶負電荷的離子。這是因為，在P型區(qū)中空穴的濃度大，在N型區(qū)中電子的濃度大，所以把它們結(jié)合在一起時，在它們交界的地方便要發(fā)生電子和空穴的擴散運動.由于P區(qū)有大量可以移動的空穴，N區(qū)幾乎沒有空穴，空穴就要由P區(qū)向N區(qū)擴散。同樣N區(qū)有大量的自由電子，P區(qū)幾乎沒有電子，所以電子就要由N區(qū)向P區(qū)擴散.隨著擴散的進行，P區(qū)空穴減少，出現(xiàn)了一層帶負電的粒子區(qū)；N區(qū)電子減少，出現(xiàn)了一層帶正電的粒子區(qū)。結(jié)果在P-N結(jié)的邊界附近形成了一個空間電荷區(qū)，P型區(qū)一邊帶負電荷的離子，N型區(qū)一邊帶正電荷的離子，因而在結(jié)中形成了很強的局部電場，方向由N區(qū)指向P區(qū)。當結(jié)上加正向電壓（即P區(qū)加電源正極，N區(qū)加電源負極如圖1）時，這時電場減弱，N區(qū)中的電子和P區(qū)中的空穴都容易通過，因而電流較大;當外加電壓相反（圖2）時，則這時電場增強，只有原N區(qū)中的少數(shù)空穴和P區(qū)中的少數(shù)電子能夠通過，因而電流很小。這就是P-N結(jié)的單向?qū)щ娦?。

圖1

圖2

二極管的單向?qū)щ娦?/p>

二極管多用半導(dǎo)體材料制成，由于其中P-N結(jié)單向?qū)щ娦缘淖饔?，故二極管具有單向?qū)щ娦浴?

（1）正向特性

在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為 0.3V，硅管約為 0.7V），稱為二極管的“正向壓降”。二極管正向?qū)妷汉艿团c高電壓相比可以近似認為為零。如圖6。

（2）反向特性

在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止狀態(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。