晶体管中有孔流吗?


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据说双极晶体管同时具有电子流和空穴流。可以理解电子的运动,但是空穴是原子/晶体结构的固定部分。我们如何表征他们的运动?

Answers:


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空穴是电子可以存在但现在不是的空间。就像宏观世界中的任何漏洞一样,您无法移动。这是一个缺席。您所能做的就是填充孔,这会在其他位置创建一个新孔。我们可以通过某种方式将此模型建模为一个虚构的粒子,该粒子从电子的相反方向流动(因此与电流流动的方向相同),但是没有实际的粒子在该方向上移动。与大多数模型一样,它是一种方便的小说,可简化数学运算。


如果是这样的话,那么是否有空洞产生的空洞?
阿里·汗

@Ali Kahn-是的,因为如果空穴在一个方向上移动,则电子必须在相反方向上移动。
MikeJ-UK 2013年

Elctron有负电荷孔,据说有正电荷。
2013年

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想到这一点的一种好方法是想象一个倾斜的坡道,在坡道的坡度上向下有一条充满大理石的凹槽。卸下底部大理石时,所有后面的堆栈向下移动,并且堆栈顶部出现一个孔。

的确,在晶体中,电荷传输机制是电子,空穴不仅是概念上的占位符。所有方程对空穴的作用和对电子的作用一样,您可以进行计算并确定空穴的有效质量和空穴的迁移率(Si中的速度比电子慢约2.5倍)。因此,您不应以为它们不是真实的和它们没有真实的效果这一事实。


(对于OP),漏洞的魔力在于即使它们不是“真正的”粒子,它们的行为一样。解释为什么意味着要进入“ k空间”中的半导体材料的“能带结构”和能带图,这在固态物理学中几乎是一整个类。对于日常用途,我只是假装孔洞微粒,并且继续我的生活。
Photon

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像这样:

A BCDEFG
 ^ here is a hole between two letters

现在观看它的“移动”:

AB CDEFG (Actually, B moved left)
ABC DEFG (C moved left)
ABCD EFG
ABCDE FG
ABCDEF G

孔实际上并没有移动,但是看起来是这样。当电子移动时,一个孔关闭,另一个在附近打开。

每当字母向左移动一个空格时,孔也会向右移动一个空格。我们可以将这种情况视为字母向左移动或孔向右移动。这是等效的。

请注意,在电子设备中,电流通常被描述为从正电压较高的节点流向负电压的正电荷流。这称为常规电流。但是实际电流实际上由从负到正的电子组成。这种逆转并不重要,因为电流只是一个数学抽象。所有描述设备行为的方程式都可以正常工作。

早在人们知道原子的结构之前,科学家就任意给电荷分配了“正”和“负”标签。因此,直到后来才发现,实际上流经导体的电荷是被标记为“负”的电荷。


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那应该是“实际上流过某些导体的电荷”。如果孔对您来说还不够真实,那么有很多电气系统会带正电荷。例如,溶解有正离子的水在生物系统中并不罕见。
Phil Frost

好点,显然是等离子体流过由正粒子(质子,正电子)组成的空间。
卡兹(Kaz)2013年

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半导体,二极管和晶体管

电子和孔

让我们想想一排硬币,它们在桌子上排成一行,相互接触。将右手一分钱的宽度向右移动一分钱的宽度,留出一定的空隙。然后继续将便士移动到间隙的左侧。在继续操作时,所有便士都移到了右边,间隙从桌子上移到了左边。现在,将便士想象为电子,您将看到电子如何在半导体中单向移动导致空穴以相反的方式移动。

为了进行类推,我们可以使用几美分的硬币,因此在向左移动孔之前,必须向右移动很多。或者,我们可以有几个便士和很多空间,以便在稀疏的便士在宽阔的间隙中移动时,孔很容易通过。这两种情况模拟了两种形式的掺杂硅,添加了很多电子,我们有N型,有很多空穴(去除了电子),还有P型。通过将硅与少量其他金属混合(掺杂)来实现类型。

由于电子必须在半导体原子中挣扎,其电阻率相对较高。早期的半导体使用锗,但除特殊情况外,如今硅已成为通用选择。

铜线可以看成是有一大堆的一分钱电子,它们相互靠近,所以电流就是一堆几美分硬币在顶部的运动,根本不产生孔。我们知道,由于有这么多电流可用,电阻率很低。

二极管

最普通的半导体二极管(还有其他专用类型)在N型和P型之间有一个结。如果对N型端施加正电压而对另一端施加负电压,则所有电子都被拉至正端,而在负端留下空穴。几乎没有电子在中间,几乎没有电流可以流过。二极管“反向偏置”

当以相反的方式施加电压时(对N型端负,对P型正),电子被吸引到中间,并且可以交叉以抵消P型中的空穴,然后流入P型中。连接线。在另一端,电压为负,电子被排斥到二极管的中部,被导线中涌入的电子所取代,因此总的来说,电流很容易流过:二极管正向偏置。

到二极管的连接称为“阳极”,即正向偏置二极管的正端;称为“阴极”的负极。我以类似的方式记住这些阀门的相同术语,这些阀门在阳极需要一个高的正电压(HT表示“高张力”-保持手指松开)以使电流流动。一个正向偏置二极管的极性的好记号可能是PPNN:“正,P型,N型,负”。

变容二极管利用了这样一个事实,即两个分开的正负电荷区构成了一个粗电容器。因此,当反向偏置时,会制造出专门设计的二极管来利用这一点。施加的电压将电荷拉开,从而在触点之间形成“耗尽层”。增加施加的反向电压会使该层更厚,从而减小电容,反之亦然。变容二极管通常用于调谐电路中以改变频率,以代替阀门时代使用的叶片电容器。

双极晶体管

双极晶体管是一种其操作取决于电子和空穴的晶体管。它包括两个二极管,背靠背共享一个公共中心层。外部端子之一是集电极C,另一个是发射极E。中央连接是基极B,它是CB和BE二极管的一部分。所以我们有一个三层三明治。在正常使用中,C和B之间的二极管是反向偏置的,因此,如果没有BE二极管及其影响,就不会有电流流过,因为所有电子都被拉到CB部分的一端,并且空穴另一端(如二极管)由施加的电压决定。

BE二极管是正向偏置的,因此可以流过电流,并且已建立外部电路以将其限制为一个很小的值,但是仍然有很多空穴和电子流过基极和发射极。

现在聪明一点。基极处的CB和BE二极管的公共连接做得非常薄,因此BE部分中的电子和空穴泛滥代替了反向集电极电压已被拉走的电子和空穴,现在电流可以流过该CB二极管。反向,然后通过正向偏置的BE结接通发射极,然后进入外部电路。

我认为很明显,不能通过背靠背焊接两个二极管来制造晶体管,这种动作需要紧密共享硅内部的薄层。

集电极电流取决于是否流过基极电流,晶体管的设计应使BE二极管中的小电流为CB结中的更大电流开辟道路。因此,我们有电流放大。使用外部电阻两端的压降,可以将其转换为电压放大。

这些晶体管被称为“双极”,因为它们有效地具有两个结。

我已经小心地避免提及CB和BE二极管的材料类型,两者的想法是相同的,并且我们可以将NPN或PNP用作可能的层。符号中的箭头表示传统的集电极电流的方向(与电子流动相反),指向所施加的CE电压的负方向,因此电流在P处“从P流入N”。发射器”。

场效应晶体管或FET

FET有许多不同的设计,这是对它们的基本原理的非常简单的了解。

这些是“单极”晶体管,尽管该术语不经常使用,因为它们的操作仅取决于电子和电场,而不取决于空穴。

在这里,我们有一个单独的掺杂硅块,即“通道”,在侧面上有相反类型的块,或者是一个环绕的环。因此,在块或环与通道之间只有一个二极管结,称为门G。沟道充当电阻器,电流从一端从源极S到另一端流到漏极D。栅极和沟道之间的结点被反向偏置,因此没有电流流过,但是会形成电场将电荷,电子或空穴拉到通道的侧面,从而使SD电流的可用空间减少。因此,SD电流由栅极上的电压控制。

请注意,这是一个电压控制设备,实际上没有电流流入或流出栅极。想想欧姆定律:电阻=伏特/安培,我们看到很低的电流意味着很高的电阻,因此据说FET具有非常高的输入阻抗-相对于Bi-Polar,它的主要优势在于相比之下,只需很少的电压就能使电流流过基极,从而降低了输入阻抗

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