PN結(jié)的基本結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體器件有四種基本結(jié)構(gòu)，而PN結(jié)無疑是最常見，也是最重要的結(jié)構(gòu)。

PN結(jié)的基本結(jié)構(gòu)

PN結(jié)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成，為方便起見，考慮理想的均勻摻雜，并且P區(qū)和N區(qū)的交界處雜質(zhì)濃度突變。考慮完全電離的情況，P區(qū)多子為空穴，N區(qū)多子為電子，空穴和電子濃度就等于摻雜濃度，這時(shí)候?qū)τ赑區(qū)和N區(qū)都是電中性的。

在交界面處，電子和空穴就有一個(gè)很大的濃度梯度，由于兩邊載流子濃度不同，N區(qū)電子會(huì)向P區(qū)擴(kuò)散，P區(qū)空穴會(huì)向N區(qū)擴(kuò)散，電子和空穴的擴(kuò)散破壞了N區(qū)和P區(qū)的電中性，N區(qū)失去了電子，施主離子帶正電；P區(qū)失去空穴，受主離子帶負(fù)電。正負(fù)電荷之間會(huì)產(chǎn)生電場，由N區(qū)指向P區(qū)，稱為內(nèi)建電場，電子受這個(gè)電場力的影響會(huì)向N區(qū)移動(dòng)。

由于濃度梯度的存在，多數(shù)載流子受到了一個(gè)”擴(kuò)散力“，產(chǎn)生擴(kuò)散電流，隨著載流子的擴(kuò)散，濃度梯度逐漸變小，擴(kuò)散力降低，同時(shí)內(nèi)建電場的建立，電場力逐漸增加，產(chǎn)生漂移電流，由于兩個(gè)力方向相反，最終會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，擴(kuò)散電流和漂移電流相互抵消，此時(shí)流過PN結(jié)的凈電流為零。

在PN結(jié)交界處的凈正電荷和凈負(fù)電荷區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域稱為空間電荷區(qū)，由于內(nèi)建電場的作用，電子和空穴會(huì)被掃出空間電荷區(qū)，里面沒有可移動(dòng)的電荷，所以也被稱為耗盡區(qū)。后面研究能帶圖時(shí)，還會(huì)看到載流子在通過耗盡區(qū)時(shí)相當(dāng)于越過一個(gè)勢(shì)壘，所以耗盡區(qū)也可以稱為勢(shì)壘區(qū)。

在平衡態(tài)的PN結(jié)兩端外加電壓，就會(huì)破壞擴(kuò)散力和電場力的平衡。正偏時(shí)，外加電場會(huì)抵消內(nèi)建電場，此時(shí)擴(kuò)散作用占優(yōu)，P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子就容易擴(kuò)散至另一邊，形成源源不斷的擴(kuò)散電流，由于兩邊的濃度梯度很大，所以PN結(jié)正偏電流很大。反偏時(shí)，外加電場和內(nèi)建電場疊加，會(huì)進(jìn)一步減小擴(kuò)散作用，由于耗盡區(qū)載流子濃度很低，漂移電流很小，所以PN結(jié)反偏電流很小。

思考

在PN結(jié)從初始狀態(tài)到建立動(dòng)態(tài)平衡的這個(gè)階段，有凈電流產(chǎn)生嗎？