P型半導體
在純凈的硅晶體中摻入3價元素如硼,使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了P型半導體。在P型半導體中,空穴為多字,自由電子為少子,主要靠空穴導電。摻入的雜質越多,空穴的濃度就越大,導電性就越強。
N型半導體
在純凈的硅晶體中摻入5價元素如磷, 使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半導體。在N 型半導體中,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結的形成
當P型半導體和N型半導體接合在一起的時候,由于P型半導體中空穴濃度高,而N型半導體中電子濃度高,因此會形成一個擴散運動,P型半導體中空穴會向它濃度低的地方擴散,從而擴散到N型區,N型半導體的電子也會向它濃度低的地方擴散,從而擴散到P型區。這樣一來,P型區剩下不能自由移動的負離子,而N型區剩下不能自由移動的正離子,一正一負,在PN結內部形成了一個從左往右的內電場,基本上這個內電場就體現PN結的工作特性。另外有一點要說明的是,PN結只是局部帶電,即P型區呈負電,而N型區呈負電,但是它們倆一中和,整體上是呈中性的。
pn結的形成原理
在雜質半導體中, 正負電荷數是相等的,它們的作用相互抵消,因此保持電中性。
1、載流子的濃度差產生的多子的擴散運動
在P型半導體和N型半導體結合后,在它們的交界處就出現了電子和空穴的濃度差,N型區內的電子很多而空穴很少,P型區內的空穴而電子很少,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散,因此,有些電子要從N型區向P型區擴散, 也有一些空穴要從P型區向N型區擴散。
2、電子和空穴的復合形成了空間電荷區
電子和空穴帶有相反的電荷,它們在擴散過程中要產生復合(中和),結果使P區和N區中原來的電中性被破壞。 P區失去空穴留下帶負電的離子,N區失去電子留下帶正電的離子, 這些離子因物質結構的關系,它們不能移動,因此稱為空間電荷,它們集中在P區和N區的交界面附近,形成了一個很薄的空間電荷區,這就是所謂的PN結。
3、空間電荷區產生的內電場E又阻止多子的擴散運動
在空間電荷區后,由于正負電荷之間的相互作用,在空間電荷區中形成一個電場,其方向從帶正電的N區指向帶負電的P區,由于該電場是由載流子擴散后在半導體內部形成的,故稱為內電場。因為內電場的方向與電子的擴散方向相同,與空穴的擴散方向相反,所以它是阻止載流子的擴散運動的。
綜上所述,PN結中存在著兩種載流子的運動。一種是多子克服電場的阻力的擴散運動;另一種是少子在內電場的作用下產生的漂移運動。因此,只有當擴散運動與漂移運動達到動態平衡時,空間電荷區的寬度和內建電場才能相對穩定。由于兩種運動產生的電流方向相反,因而在無外電場或其他因素激勵時,PN結中無宏觀電流。
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PN結
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