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pn結(jié)的形成過程

工程師 ? 來源:網(wǎng)絡(luò)整理 ? 作者:h1654155205.5246 ? 2018-09-06 18:20 ? 次閱讀
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P型半導(dǎo)體

在純凈的硅晶體中摻入3價(jià)元素如硼,使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了P型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中,空穴為多字,自由電子為少子,主要靠空穴導(dǎo)電。摻入的雜質(zhì)越多,空穴的濃度就越大,導(dǎo)電性就越強(qiáng)。

N型半導(dǎo)體

在純凈的硅晶體中摻入5價(jià)元素如磷, 使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半導(dǎo)體。在N 型半導(dǎo)體中,自由電子的濃度大于空穴的濃度,故自由電子為多子,空穴為少子。如下圖:

pn結(jié)的形成

當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體接合在一起的時(shí)候,由于P型半導(dǎo)體中空穴濃度高,而N型半導(dǎo)體中電子濃度高,因此會(huì)形成一個(gè)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),P型半導(dǎo)體中空穴會(huì)向它濃度低的地方擴(kuò)散,從而擴(kuò)散到N型區(qū),N型半導(dǎo)體的電子也會(huì)向它濃度低的地方擴(kuò)散,從而擴(kuò)散到P型區(qū)。這樣一來,P型區(qū)剩下不能自由移動(dòng)的負(fù)離子,而N型區(qū)剩下不能自由移動(dòng)的正離子,一正一負(fù),在PN結(jié)內(nèi)部形成了一個(gè)從左往右的內(nèi)電場(chǎng),基本上這個(gè)內(nèi)電場(chǎng)就體現(xiàn)PN結(jié)的工作特性。另外有一點(diǎn)要說明的是,PN結(jié)只是局部帶電,即P型區(qū)呈負(fù)電,而N型區(qū)呈負(fù)電,但是它們倆一中和,整體上是呈中性的。

pn結(jié)的形成過程

在雜質(zhì)半導(dǎo)體中, 正負(fù)電荷數(shù)是相等的,它們的作用相互抵消,因此保持電中性。

1、載流子的濃度差產(chǎn)生的多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合后,在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差,N型區(qū)內(nèi)的電子很多而空穴很少,P型區(qū)內(nèi)的空穴而電子很少,這樣電子和空穴很多都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散,因此,有些電子要從N型區(qū)向P型區(qū)擴(kuò)散, 也有一些空穴要從P型區(qū)向N型區(qū)擴(kuò)散。

2、電子和空穴的復(fù)合形成了空間電荷區(qū)

電子和空穴帶有相反的電荷,它們?cè)跀U(kuò)散過程中要產(chǎn)生復(fù)合(中和),結(jié)果使P區(qū)和N區(qū)中原來的電中性被破壞。 P區(qū)失去空穴留下帶負(fù)電的離子,N區(qū)失去電子留下帶正電的離子, 這些離子因物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系,它們不能移動(dòng),因此稱為空間電荷,它們集中在P區(qū)和N區(qū)的交界面附近,形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū),這就是所謂的PN結(jié)。

3、空間電荷區(qū)產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)E又阻止多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

在空間電荷區(qū)后,由于正負(fù)電荷之間的相互作用,在空間電荷區(qū)中形成一個(gè)電場(chǎng),其方向從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū),由于該電場(chǎng)是由載流子擴(kuò)散后在半導(dǎo)體內(nèi)部形成的,故稱為內(nèi)電場(chǎng)。因?yàn)閮?nèi)電場(chǎng)的方向與電子的擴(kuò)散方向相同,與空穴的擴(kuò)散方向相反,所以它是阻止載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的。

綜上所述,PN結(jié)中存在著兩種載流子的運(yùn)動(dòng)。一種是多子克服電場(chǎng)的阻力的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng);另一種是少子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的漂移運(yùn)動(dòng)。因此,只有當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)建電場(chǎng)才能相對(duì)穩(wěn)定。由于兩種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流方向相反,因而在無外電場(chǎng)或其他因素激勵(lì)時(shí),PN結(jié)中無宏觀電流。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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