pn結(jié)的形成原理

P型半導(dǎo)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(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。

N型半導(dǎo)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(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，因此會形成一個擴(kuò)散運動，P型半導(dǎo)體中空穴會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)剩下不能自由移動的負(fù)離子，而N型區(qū)剩下不能自由移動的正離子，一正一負(fù)，在PN結(jié)內(nèi)部形成了一個從左往右的內(nèi)電場，基本上這個內(nèi)電場就體現(xiàn)PN結(jié)的工作特性。另外有一點要說明的是，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)的形成原理

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)散運動

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，它們在擴(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，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E又阻止多子的擴(kuò)散運動

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)中形成一個電場，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。因為內(nèi)電場的方向與電子的擴(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)散運動的。

綜上所述，PN結(jié)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(kuò)散運動；另一種是少子在內(nèi)電場的作用下產(chǎn)生的漂移運動。因此，只有當(dāng)擴(kuò)散運動與漂移運動達(dá)到動態(tài)平衡時，空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)建電場才能相對穩(wěn)定。由于兩種運動產(chǎn)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(jié)中無宏觀電流。