二极管PN结的形成

此一不二

纯净半导体中掺入微量的杂质元素，形成的半导体称为杂质半导体。半导体根据掺入的杂质元素的不同，可以分为P型半导体和N型半导体。二极管有PN结，采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体基片上，在它们的交界处形成空间电荷区称之为PN结，PN结具有单向导电性。  

当把P型半导体和N型半导体制作在一起时，在它们的交界面处，由于两种半导体多数载流子的浓度差很大，因此P区的空穴会向N区扩散，同时，N区的自由电子也会向P区扩散，如图1所示。图中 虚线箭头表示P区中空穴的移动方向，实线箭头表示N区中自由电子的移动方向。  


     

图1 P区与N区中多数载流子的扩散运动  


     


  

扩散到P区的自由电子遇到空穴会复合，扩散到N区的空穴与自由电子也会复合，所以在交界面处多子的浓度会下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，称为空间电荷区。出现空间电荷区以后， 由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区会形成一个电场，电场方向由带正电的N区指向带负电的P区。由于这个电场是由载流子扩散运动（即内部运动）形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。随着扩散运动的进行，空间电荷区会加宽，内电场增强，其方向正好阻止了P区中的多子空穴和N区中的多子自由电子的扩散。  

在内电场电场力的作用下，P区的少子自由电子会向N区漂移，N区的少子空穴也会向P区漂移。漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区失去的空穴， 而从P区漂移到N区的自由电子补充了原来交界面上N区所失去的自由电子，这就使得空间电荷变少。由此可见，漂移运动的作用是使空间 电荷区变窄，与扩散运动的作用正好相反。在无外加电场和其他激发作用下，参与扩散运动的多子数目与参与漂移运动的少子数目相等时，达到动态平衡，这是交界面两侧形成的一定厚度的空间电荷区，称为PN结。这个空间电荷区阻碍多子的扩散，因此也称阻挡层;又由于其中几乎没有载流子，因此又称耗尽层。PN结如图2所示。  


     

图2 平衡状态下的PN结