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【硬件-笔试面试题】硬件/电子工程师，笔试面试题-6，（知识点：二极管，少子多子，扩散/漂移运动）

news 2025/7/26 15:48:10

1、题目

2、解答

题目分析

知识回顾

选项分析

3、相关知识点

一、基础概念：多子与少子

二、正向偏置（\(\boldsymbol{P}\) 接高电位、\(\boldsymbol{N}\) 接低电位）

三、反向偏置（\(\boldsymbol{P}\) 接低电位、\(\boldsymbol{N}\) 接高电位）

四、不同 “工作状态” 下的载流子运动总结

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【硬件-笔试面试题】硬件/电子工程师，笔试面试题-6，（知识点：二极管，少子多子，扩散/漂移运动）

这是一道大疆笔试题

1、题目

本题考查二极管反向饱和电流的形成机制以及温度对其影响的原理，关键理解二极管内部载流子运动与反向饱和电流的关系。

多子（多数载流子）：
- 定义：在半导体区域内，数量占主导的载流子。
- 举例：P 型半导体中，多子是空穴（因受主杂质掺杂，空穴数量远多于自由电子）；N 型半导体中，多子是自由电子（因施主杂质掺杂，自由电子数量远多于空穴）。
少子（少数载流子）：
- 定义：在半导体区域内，数量较少的载流子。
- 举例：P 型半导体中，少子是自由电子；N 型半导体中，少子是空穴。少子由热激发产生，数量受温度影响显著。

整体效果：正向偏置时，外电场与 PN 结内建电场方向相反，内建电场被削弱，PN 结变窄，有利于载流子的扩散运动，形成较大的正向电流。
多子的运动：
- 扩散运动主导：P 区的多子（空穴）在浓度差和正向电场作用下，向 N 区扩散；N 区的多子（自由电子）向 P 区扩散。
- 过程细节：P 区空穴扩散到 N 区后，会与 N 区的少子（空穴是 N 区少子）？不，N 区少子是空穴，但此时主要是 P 区多子空穴 “涌入” N 区，与 N 区的自由电子复合吗？不，正向偏置时，多子扩散是主流。P 区空穴扩散到 N 区，成为 N 区的非平衡少数载流子（因为 N 区原本多子是电子，空穴是少子）；同理，N 区电子扩散到 P 区，成为 P 区的非平衡少数载流子。
- 电流贡献：多子的扩散运动是正向电流的主要来源，因为多子数量多，所以正向电流较大。
少子的运动：
- 漂移运动存在但次要：少子也会在电场作用下做漂移运动，但由于少子数量少，对正向电流的贡献远小于多子的扩散运动。比如 P 区的少子（自由电子）会向 N 区漂移，N 区的少子（空穴）会向 P 区漂移，但因数量少，几乎可忽略。

整体效果：反向偏置时，外电场与内建电场方向相同，内建电场被增强，PN 结变宽，阻碍多子的扩散运动，有利于少子的漂移运动。
多子的运动：
- 被抑制：P 区多子（空穴）受反向电场排斥，难以向 N 区扩散；N 区多子（自由电子）受反向电场排斥，难以向 P 区扩散。所以多子对反向电流几乎无贡献。
少子的运动：
- 漂移运动主导：P 区的少子（自由电子）在反向电场作用下，向 N 区漂移；N 区的少子（空穴）向 P 区漂移。这些少子形成的漂移电流就是反向饱和电流 \(I_{S}\) 。
- 温度敏感性：因少子由热激发产生，温度升高，少子数量指数级增长，导致反向饱和电流 \(I_{S}\) 急剧增大（这就是你最初问题里，温度升高反向饱和电流增大的本质）。

二极管状态	主导运动的载流子类型	核心运动形式	电流特点	典型应用场景
正向导通	多子	多子的扩散运动	正向电流大，受温度影响相对小（因多子数量主要由掺杂决定，温度对多子数量影响远小于少子）	整流电路（如将交流电转为直流电）、钳位电路等
反向截止	少子	少子的漂移运动	反向电流极小（反向饱和电流 \(I_{S}\) ），但温度升高时，\(I_{S}\) 急剧增大	反向保护电路（利用反向截止时电流小的特性）、稳压二极管反向击穿前的状态等
反向击穿	多子（雪崩击穿）/ 少子（齐纳击穿，高掺杂情况）	- 雪崩击穿：强电场加速少子，碰撞电离产生更多载流子； - 齐纳击穿：高掺杂下，内建电场极强，直接拉断共价键产生载流子	反向电流急剧增大，电压基本稳定（稳压二极管利用此特性）	稳压电路（如稳压二极管）