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1.3、P-N結(jié)

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力是很弱的，但是在本征半導(dǎo)體中摻入微量的其他元素就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。這些微量元素的原子稱為雜質(zhì)，摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜志半導(dǎo)體，有N型和P型兩類。

摻雜后的其他一些原子可能會(huì)打破硅晶格內(nèi)電子和空穴原有的平衡,雜質(zhì)原子與硅形成共價(jià)鍵后還空余一個(gè)電子時(shí)為N 型半導(dǎo)體材料。雜質(zhì)原子與硅形成共價(jià)鍵后稍一個(gè)電子時(shí)為 P型。如圖1.4所示.


在一塊完整的硅晶體片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體。那么在兩種半導(dǎo)體的交界面附近就形成了P-N結(jié)。

1.3.1、P-N結(jié)內(nèi)部載流子

P-N結(jié)內(nèi)部有兩種載流子，即多子和少子。多子與少子是相對而言的，以N型半導(dǎo)體為例，其中電子的濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度，那么電子就成為多(數(shù)載流)子，空穴為少(數(shù)載流)子。多子和少子在數(shù)量上相差6-7個(gè)數(shù)量級。

當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，由于交界面兩側(cè)同電性的載流子濃度有很大的差別，必然會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。

擴(kuò)散的結(jié)果是在P區(qū)留下帶負(fù)電的雜質(zhì)離子，在N區(qū)留下帶正電的雜質(zhì)離子，這就形成了一層很薄的空間電荷區(qū)，又稱耗盡層。由耗盡層形成的內(nèi)電場一方面阻礙多子的繼續(xù)擴(kuò)散，另一方面又促使少子向?qū)Ψ狡?，?dāng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，PN結(jié)處在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。


1.3.2、P-N結(jié)的特性

1.單向?qū)щ娦?/strong>

如果給PN結(jié)施加正向電壓，即P區(qū)加正電壓，N區(qū)加負(fù)電壓。此時(shí)，在外電場作用下，多子被推向耗盡層，使耗盡層變窄，內(nèi)電場被虛弱，有利于多子的擴(kuò)散而不利于少子的漂移。多子的擴(kuò)散電流通過回路形成正向電流，此時(shí)耗盡層的電壓差只要零點(diǎn)幾伏，所以施加不大的正向電壓就可以產(chǎn)生很大的電流。

如果施加反向電壓的話，內(nèi)電場被增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)被阻止，但促使了少子漂移運(yùn)動(dòng)，在回路中形成了反向電流。因?yàn)樯僮訚舛群艿?，所以電流非常小?br />
P-N結(jié)加正向電壓是，形成加大較大的正向電流；而在施加反向電壓時(shí)，反向電流很小。這種特性稱為單向?qū)щ娦浴?br />
P-N結(jié)兩端的電壓U和流過P-N 結(jié)的電流I之間的關(guān)系為：




其中， 為反向飽和電流，UT=kT/q稱為溫度電壓當(dāng)量，其中k為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，q為電子的電量。在300K時(shí)，UT=26mV。