PN结的基础知识

N型材料与P型材料的结合形成二极管，会形成PN结，那么是怎么形成的呢？

硅掺杂少量锑时，就是 N 型半导体材料，当硅材料掺杂少量硼时，会形成 P 型半导体材料。

本身他们的作用都很小，通俗一点讲就是中性的，但是当这2种材料结合在一起的时候，就会变得神奇，他们的行为方式会非常的不同，就会产生“PN 结”的东西。

当他们结合在一起的时候，就会产生很大密度阶梯，就是施主杂质原子的一些自由电子开始迁移穿过这个新形成的结以填充产生负离子的 P 型材料中的空穴。

这个时候电子已经从N 型硅穿过 PN 结移动到 P 型硅，在负侧留下有带正电的供体离子，在受体杂质的空穴迁移穿过结在相反方向进入有大量自由电子的区域。

当沿结的 P 型电荷密度被带着负电的 NA 填充，沿结的 N 型电荷密度变为正电荷，这个过程来回继续的时候，当穿过结的电子数量更多的电荷排斥并阻止任何更多的电荷流子穿过结，终，当施主原子排斥空穴而受体原子排斥电子时，将出现平衡状态（电中性情况），在结区域周围产生“势垒”区域。

由于没有自由载流子可以停留在存在势垒的位置，因此与远离结的 N 型和 P 型材料相比，结两侧的区域现在完全耗尽了任何更多的自由载流子。PN 结周围的这个区域现在称为耗尽层。

总之，PN 结每一侧的总电荷必须相等且方向相反，才能保持中性电荷状态，就是说2者的关系为 Dp*N A = Dn*N D。

现在来说说耗尽层的距离

由于N型材料失去了电子，P型失去了空穴，N型材料相对于P型变成了正极。然后，结两侧存在的杂质离子会导致在该区域建立电场，N 侧相对于 P 侧处于正电压。

现在的问题是，自由电荷需要一些额外的能量来克服现在存在的障碍，使其能够穿过耗尽区结。

扩散过程产生的电场在结点上产生了一个“内置电位差”，其开路（零偏置）电位为：

PN结电位

其中：E o是零偏置结电压，V T是室温下 26mV 的热电压，N D和N A是杂质浓度，n i是本征浓度。

在通常的情况下，硅耗尽层两端的电压约为 0.6 – 0.7 伏，锗约为 0.3 – 0.35 伏。即使设备没有连接到任何外部电源，这种势垒也将始终存在。

那么在PN结的理论中，可以通过将不同掺杂的半导体材料连接或扩散在一起来制作 PN 结，以生产称为二极管的电子设备，该二极管可用作整流器的基本半导体结构，所有类型晶体管、LED、太阳能电池和更多此类固态设备。