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P型和N型半導體
來源: | 作者:mboff26e6 | 發布時間: 2017-08-28 | 346 次瀏覽 | 分享到:
       如果雜質是周期表中第Ⅲ族中的一種元素──受主雜質,例如硼或銦,它們的價電子帶都只有三個電子,并且它們傳導帶的最小能級低于第Ⅳ族元素的傳導電子能級。因此電子能夠更容易地由鍺或硅的價電子帶躍遷到硼或銦的傳導帶。在這個過程中,由于失去了電子而產生了一個正離子,因為這對于其它電子而言是個“空位”,所以通常把它叫做“空穴”,而這種材料被稱為“P”型半導體。在這樣的材料中傳導主要是由帶正電的空穴引起的,因而在這種情況下電子是“少數載流子”。
N型半導體
        如果摻入的雜質是周期表第V族中的某種元素──施主雜質,例如砷或銻,這些元素的價電子帶都有五個電子,然而,雜質元素價電子的最大能級大于鍺(或硅)的最大能級,因此電子很容易從這個能級進入第Ⅳ族元素的傳導帶。這些材料就變成了半導體。因為傳導性是由于有多余的負離子引起的,所以稱為“N”型。也有些材料的傳導性是由于材料中有多余的正離子,但主要還是由于有大量的電子引起的,因而(在N型材料中)電子被稱為“多數載流子”。
P型和N型半導體的應用
        由P型半導體或N型半導體單體構成的產品有熱敏電阻器、壓敏電阻器等電阻體。由P型與N型半導體結合而構成的單結半導體元件,最常見的是二極管;此外,FET也是單結元件。PNP或NPN以及形成雙結的半導體就是晶體管。 
(1)用于LED 
        LED在20世紀60年代誕生后就被認定是熒光燈管、燈泡等照明設備的終結者,甚至有人認為LED將會開創一個新的照明時代,最終出現在所有需要照明的場合。LED的工作原理和我們常見的白熾燈、熒光燈完全不同,LED從本質上來說是一種半導體器件。 
        LED的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片,在P型半導體和N型半導體的交界面就會出現一個具有特殊導電性能的薄層,也就是常說的PN結(PN Junction Transistors)。PN結可以對P型半導體和N型半導體中多數載流子的擴散運動產生阻力,當對PN結施加正向電壓時,電流從LED的陽極流向陰極,而在PN結中少數載流子與多數載流子進行復合,多余的能量就會轉變成光而釋放出來。LED正是根據這樣的原理實現電光的轉換。根據半導體材料物理性能的不同,LED可發出從紫外到紅外不同波段、不同顏色的光線。 
小知識:P型半導體和N型半導體 
       如果在硅或鍺等半導體材料中加入微量的硼、銦、鎵或鋁等三價元素,就變成以空穴導電為主的半導體,即P型半導體。在P型半導體中,空穴(帶正電)叫多數載流子;電子(帶負電)叫少數載流子。 
       如果在硅或鍺等半導體材料中加入微量的磷、銻、砷等五價元素,就變成以電子導電為主的半導體,即N型半導體。在N型半導體中,電子(帶負電)叫多數載流子;空穴(帶正電)叫少數載流子。
(2)半導體在熱電偶中的應用
       熱電制冷是熱電效應主要是珀爾帖效應在制冷技術方面的應用。實用的熱電制冷裝置是由熱電效應比較顯著、熱電制冷效率比較高的半導體熱電偶構成的。
       半導體熱電偶由N型半導體和P型半導體組成。N 型材料有多余的電子,有負溫差電勢。P 型材料電子不足,有正溫差電勢;當電子從P 型穿過結點至N 型時,結點的溫度降低,其能量必然增加,而且增加的能量相當于結點所消耗的能量。相反,當電子從N型流至P型材料時,結點的溫度就會升高。
       直接接觸的熱電偶電路在實際應用中不可用,所以用下圖的連接方法來代替,實驗證明,在溫差電路中引入第三種材料(銅連接片和導線)不會改變電路的特性。
       這樣,半導體組件可以用各種不同的連接方法來滿足使用者的要求。把一個P 型半導體組件和一個N 型半導體組件聯結成一對熱電偶,接上直流電源后,在接頭處就會產生溫差和熱量的轉移。
       在上面的接頭處,電流方向是從N至P,溫度下降并且吸熱,這就是冷端;而在下面的一個接頭處,電流方向是從P至N,溫度上升并且放熱,因此是熱端。
       按圖中把若干對半導體熱電偶對在電路上串聯起來,而在傳熱方面則是并聯的,這就構成了一個常見的制冷熱電堆。按圖示接上直流電源后,這個熱電堆的上面是冷端,下面是熱端。借助鋁散熱器等各種散熱手段,使熱電堆的熱端不斷散熱并且保持一定的溫度,把熱電堆的冷端放到工作環境中去吸熱降溫,這就是熱電制冷器的工作原理。

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