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二極管PN結(jié)的形成介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2021-01-27 19:01:39
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二極管PN結(jié)的形成介紹
純凈半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)元素,形成的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。半導(dǎo)體根據(jù)摻入的雜質(zhì)元素的不同,可以分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。二極管有PN結(jié),采用不同的摻雜工藝,通過擴(kuò)散作用,將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體基片上,在它們的交界處形成空間電荷區(qū)稱之為PN結(jié),PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/div>
當(dāng)把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在一起時(shí),在它們的交界面處,由于兩種半導(dǎo)體多數(shù)載流子的濃度差很大,因此P區(qū)的空穴會(huì)向N區(qū)擴(kuò)散,同時(shí),N區(qū)的自由電子也會(huì)向P區(qū)擴(kuò)散,如圖1所示。圖中 虛線箭頭表示P區(qū)中空穴的移動(dòng)方向,實(shí)線箭頭表示N區(qū)中自由電子的移動(dòng)方向。 
二極管PN結(jié)的形成
圖1 P區(qū)與N區(qū)中多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 
擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子遇到空穴會(huì)復(fù)合,擴(kuò)散到N區(qū)的空穴與自由電子也會(huì)復(fù)合,所以在交界面處多子的濃度會(huì)下降,P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū),N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū),稱為空間電荷區(qū)。出現(xiàn)空間電荷區(qū)以后, 由于正負(fù)電荷之間的相互作用,在空間電荷區(qū)會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng),電場(chǎng)方向由帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)。由于這個(gè)電場(chǎng)是由載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)(即內(nèi)部運(yùn)動(dòng))形成的,而不是外加電壓形成的,故稱為內(nèi)電場(chǎng)。隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行,空間電荷區(qū)會(huì)加寬,內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng),其方向正好阻止了P區(qū)中的多子空穴和N區(qū)中的多子自由電子的擴(kuò)散。
  在內(nèi)電場(chǎng)電場(chǎng)力的作用下,P區(qū)的少子自由電子會(huì)向N區(qū)漂移,N區(qū)的少子空穴也會(huì)向P區(qū)漂移。漂移運(yùn)動(dòng)的方向正好與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反。從N區(qū)漂移到P區(qū)的空穴補(bǔ)充了原來交界面上P區(qū)失去的空穴, 而從P區(qū)漂移到N區(qū)的自由電子補(bǔ)充了原來交界面上N區(qū)所失去的自由電子,這就使得空間電荷變少。由此可見,漂移運(yùn)動(dòng)的作用是使空間 電荷區(qū)變窄,與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的作用正好相反。在無外加電場(chǎng)和其他激發(fā)作用下,參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)目與參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目相等時(shí),達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,這是交界面兩側(cè)形成的一定厚度的空間電荷區(qū),稱為PN結(jié)。這個(gè)空間電荷區(qū)阻礙多子的擴(kuò)散,因此也稱阻擋層;又由于其中幾乎沒有載流子,因此又稱耗盡層。PN結(jié)如圖2所示。 
二極管PN結(jié)的形成
圖2 平衡狀態(tài)下的PN結(jié)
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