简介：人们的有限生命使得我们对于外部世界的了解大部分基于前人的总结与抽象。对于其中院里的探索渐渐失去了兴趣和信心。本文给出的三个对象背后似乎存在这某种联系，这需要进一步的分析。

关键词： 物理问题，PN结，电子管

#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .label text,#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .node rect,#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .node circle,#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .node ellipse,#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .node polygon,#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .node .label{text-align:center;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:#e8e8e8;fill:#e8e8e8;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-eShKqhY7XAZnU0x1 :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;}

问题来源

目录
Contents

三个问题

驻极体

什么是驻极体?

驻极体话筒

PN结电压

PN结原理

转折电压

问题总结

§00 问题来源

有些问题，看似没有什么联系，但在背后可能会有同样的规律。比如下面三个问题。

0.1 三个问题

问题1：为什么真空二极管会有初始电压？
问题2：为什么半导体二极管没有初始电压？
问题3：如何测量驻极体电场？

▲ 图1.1 麦克风内的驻极体靠在一起，并没有显示出它们上面的静电场的存在

0.1.1 真空二极管

电子二极管 (或者真空二极管：vacuum diode)包括一个被加热的阴极（Cathode）和一个环绕在周围的阳极（anode），它们被封装在一个密封的容器内。

▲ 图1.2 真空二极管结构与工作电路

在 Vacuum Diode History Working Principle and Types of Vacuum Diode 给出了真空二极管详细介绍。其中一张图给出了真空二极管的电流-电压特性。注意到真空二极管在端电压为0的时候，是有电流流出真空二极管的。

▲ 图1.3 真空二极管的I-V特性

在博文 测量6J1电子管的一些基本特性 中测量了电子管栅极与阴极之间的静态电压。当阴极被灯丝加热之后会在栅极上产生大约 -13mV的静态电压。三极管 6J1的栅极与阴极之间形成真空二极管，所以也证明了真空二极管在静态时是可以输出电功率的。

但是在 Vacuum diode 则认为如果真空二极管两端没有电压时，外部是不会形成电流的。

▲ 图1.4 真空二极管用于整流

0.1.2 半导体二极管

半导体二极管的原理与真空二极管则不痛，它依靠两种不同掺杂类型的半导体接触界面所形成的PN结来完成电子的单向运动。

下图来自于 Berkeley 大学电子课程教案 中PPT的插图。可以看出PN届两边形成了带有静电荷的区域从而形成内部电场，阻碍了扩散电荷的运动，从而与漂移电流形成平衡。

▲ 图1.5 半导体二极管PN结构造以及内部电场

上图也清晰的告诉我们在半导体二极管两边应该存在一个电位差，就是内部电场随着空间的积分而形成的电位差。但是很奇特的是：

在普通的二极管两端根本无法测量到这个电位差；

究竟为什么？可以在 如何测量PN中的耗散层两边的电位差？ 博文中看到相应的解释。

0.1.3 驻极体薄膜

驻极体是一种基于绝缘体的带电（或者极化）状态。基于它可以形成麦克风。 驻极体话筒内部的驻极体薄膜究竟是如何产生极化电压的呢？ 也提出了关于驻极体工作机制的疑问。

▲ 图1.6 基于驻极体的麦克风

注意问题来自于实际麦克风内部结构与传统的讲解之间的差别。

下面使用在 防静电塑料包装袋周围的静电场 所使用的 FMX-004电场场强测量仪 测量麦克风驻极体的周围电场。

▲ 图1.7 打开后的MIC内部结构

▲ 图1.8 测量麦克风驻极体电场

▲ 图1.9 驻极体靠静电吸附在棉签上

是否可以将PN结两边看成并排的驻极体？基于这样的模型去解释PN结会有怎样的效果呢？

§01 驻极体

1.1 什么是驻极体？

对于驻极体的一般介绍可以参见： Electret 。

1.2 驻极体话筒

下面是对于驻极体话筒结构的介绍。

▲ 图1 驻极体麦克风结构

Slot Effect in Electret Devices
第二段提到：…the electrets were losing their polarization as a result of the absense of shielding.
What is the electric field outside a cylinder?
给出了关于驻极体外部电场描述的简单说明。

§02 PN结电压

2.1 PN结原理

下面是在 Khan Acadamy 给出的PN届原理讲解。

▲ 图2.1.1 Khan学院对于PN结的介绍

在网络上给出了汗牛充栋数量的PN介绍文章。在 Understanding the PN Junction 描述了PN的详细原理。

▲ 图2.1 PN结两边的电压

▲ 图2.1.3 PN结两边的电位差

这些文献无一例外都告诉我们，在PN届两边存在着电位差。那么剩下一个问题：如何才能够测量到这个电位差呢？

The p-n Junction（The Diode）-MIT OpenCourseWare

▲ 图1.1.2 PN结两边的电位

2.2 转折电压

在很多网页中都介绍了二极管的转折电压（Knee Voltage）与内部的势垒电压近似。
比如：

https://testbook.com/question-answer/the-barrier-potential-for-silicon-diode-at-forward–5798792593898668c1d095df :

▲ 图2.2.1 二极管的转折电压

※ 问题总结 ※

人们的有限生命使得我们对于外部世界的了解大部分基于前人的总结与抽象。对于其中院里的探索渐渐失去了兴趣和信心。本文给出的三个对象背后似乎存在这某种联系，这需要进一步的分析。

■ 相关文献链接:

电子二极管
Vacuum Diode History Working Principle and Types of Vacuum Diode
测量6J1电子管的一些基本特性
Vacuum diode
Berkeley 大学电子课程教案
如何测量PN中的耗散层两边的电位差？
驻极体话筒内部的驻极体薄膜究竟是如何产生极化电压的呢？
防静电塑料包装袋周围的静电场
隔空测量电压:电场强度测试仪-FMX-004
Electret
Slot Effect in Electret Devices
What is the electric field outside a cylinder?
Khan Acadamy
Understanding the PN Junction
The p-n Junction（The Diode）-MIT OpenCourseWare
https://testbook.com/question-answer/the-barrier-potential-for-silicon-diode-at-forward–5798792593898668c1d095df

● 相关图表链接:

图1.1 麦克风内的驻极体靠在一起，并没有显示出它们上面的静电场的存在
图1.2 真空二极管结构与工作电路
图1.3 真空二极管的I-V特性
图1.4 真空二极管用于整流
图1.5 半导体二极管PN结构造以及内部电场
图1.6 基于驻极体的麦克风
图1.7 打开后的MIC内部结构
图1.8 测量麦克风驻极体电场
图1.9 驻极体靠静电吸附在棉签上
图1 驻极体麦克风结构
图2.1.1 Khan学院对于PN结的介绍
图2.1 PN结两边的电压
图2.1.3 PN结两边的电位差
图1.1.2 PN结两边的电位
图2.2.1 二极管的转折电压

驻极体，PN结以及电子管相关问题相关推荐

[note] 微电子学概论（二） PN结 MOS和MOSFET
PN结相关概念结构相关多子和少子多数载流子:在半导体中占大多数的载流子. 少数载流子:在半导体中占少数的载流子. P型半导体和N型半导体常温下硅原子外侧的四个电子都形成共价键,所以并不能参与导 ...
【模拟电路】PN结的相关知识
PN结的相关知识 0 前言 1 电压与空间电荷层的关系 2 温度与空间电荷层的关系 3 PN结的伏安特性 4 PN结的击穿特性 5 PN结的电容特性 0 前言空间电荷层是不含有载流子的区域,即绝缘体 ...
如何利用PN结来测量温度？
简介: 根据PN结的电流电压方程,可以看到它与PN温度有关,基于此可以用于测量环境或者芯片内部的温度.选择NPN,PNN三极管(2N3906,2N3904)所得到的温度比起普通的PN届更加的精确.本 ...
固态器件理论（5）PN结
文章目录写在前面正文 PN结偏置二极管回顾交个朋友写在前面原文链接相关博文博客首页注:知识搬运,供学习交流使用,侵联删! 正文如果将一块P型半导体块与下图(a)中的N型半导体块接 ...
Silvaco TCAD仿真9——半导体PN结仿真
代码 #启动仿真工具 go atlas#定义网格 mesh x.mesh location=0.00 spac=1.0 x.mesh location=1.00 spac=1.0 #x 0-1,x方向 ...
半导体器件基础01：关于PN结的那些事（3）
说在开头:关于量子(2) 1879年普朗克拿到了慕尼黑大学的博士学位,1887年,在基尔霍夫去世后,他接任了那个教授职位的空缺(亥姆霍兹本来推荐赫兹来继任这一职位的,结果赫兹拒绝了).幸运之神降临到了 ...
P型半导体，N型半导体，PN结原理简述
前置知识: 半导体器件是构成各种电子电路的基础.而半导体的器件主要是由半导体材料制成的:如硅和锗. 为什么要使用半导体材料作为器件? 这就跟半导体的特性相关,需要一些初高中的化学基础:在元素表中,元素 ...
用PN结来测温度？没错，就是晶体管的PN结
❝ 简介: 根据PN结的电流电压方程,可以看到它与PN温度有关,基于此可以用于测量环境或者芯片内部的温度.选择NPN,PNP三极管(2N3906,2N3904)所得到的温度比起普通的PN结更加的精确 ...
模电之半导体基础篇2（PN结）
文章目录一.PN结的形成二.PN结的动态平衡三.PN结的正反偏置四.电流的估算.PN结的击穿性五.PN结的电容一.PN结的形成 1.过程使用工艺,将P区域N区分散在左右两边,在浓度差作用 ...

驻极体，PN结以及电子管相关问题