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pn结的形成原理

工程师 来源:网络整理 作者:h1654155205.5246 2018-10-27 11:18 次阅读
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P型半导体

在纯净的硅晶体中掺入3价元素如硼,使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了P型半导体。在P型半导体中,空穴为多字,自由电子为少子,主要靠空穴导电。掺入的杂质越多,空穴的浓度就越大,导电性就越强。

N型半导体

在纯净的硅晶体中掺入5价元素如磷, 使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半导体。在N 型半导体中,自由电子的浓度大于空穴的浓度,故自由电子为多子,空穴为少子。如下图:

pn结的形成

当P型半导体和N型半导体接合在一起的时候,由于P型半导体中空穴浓度高,而N型半导体中电子浓度高,因此会形成一个扩散运动,P型半导体中空穴会向它浓度低的地方扩散,从而扩散到N型区,N型半导体的电子也会向它浓度低的地方扩散,从而扩散到P型区。这样一来,P型区剩下不能自由移动的负离子,而N型区剩下不能自由移动的正离子,一正一负,在PN结内部形成了一个从左往右的内电场,基本上这个内电场就体现PN结的工作特性。另外有一点要说明的是,PN结只是局部带电,即P型区呈负电,而N型区呈负电,但是它们俩一中和,整体上是呈中性的。

pn结的形成原理

在杂质半导体中, 正负电荷数是相等的,它们的作用相互抵消,因此保持电中性。

1、载流子的浓度差产生的多子的扩散运动

在P型半导体和N型半导体结合后,在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差,N型区内的电子很多而空穴很少,P型区内的空穴而电子很少,这样电子和空穴很多都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散,因此,有些电子要从N型区向P型区扩散, 也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。

2、电子和空穴的复合形成了空间电荷区

电子和空穴带有相反的电荷,它们在扩散过程中要产生复合(中和),结果使P区和N区中原来的电中性被破坏。 P区失去空穴留下带负电的离子,N区失去电子留下带正电的离子, 这些离子因物质结构的关系,它们不能移动,因此称为空间电荷,它们集中在P区和N区的交界面附近,形成了一个很薄的空间电荷区,这就是所谓的PN结。

3、空间电荷区产生的内电场E又阻止多子的扩散运动

在空间电荷区后,由于正负电荷之间的相互作用,在空间电荷区中形成一个电场,其方向从带正电的N区指向带负电的P区,由于该电场是由载流子扩散后在半导体内部形成的,故称为内电场。因为内电场的方向与电子的扩散方向相同,与空穴的扩散方向相反,所以它是阻止载流子的扩散运动的。

pn结的形成原理

综上所述,PN结中存在着两种载流子的运动。一种是多子克服电场的阻力的扩散运动;另一种是少子在内电场的作用下产生的漂移运动。因此,只有当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时,空间电荷区的宽度和内建电场才能相对稳定。由于两种运动产生的电流方向相反,因而在无外电场或其他因素激励时,PN结中无宏观电流。

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