二極管pn結(jié)形成過程圖文詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2024-08-13
P（Positive）型和N（Negative）型可根據(jù)它們的載流子（載流子說得比較學(xué)術(shù)，其實(shí)就是導(dǎo)體里面能流動的帶電粒子，為電子或者是空穴，空穴可以看作是帶正電的電子）來區(qū)分。對半導(dǎo)體材料（一般應(yīng)該是硅Si）參入不同的雜質(zhì)，就可以形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體里面能夠流動的粒子是空穴，N型半導(dǎo)體里面能夠流動的粒子是電子。
結(jié)構(gòu)如下圖所示，P型半導(dǎo)體中的大紅圓是負(fù)離子，由于材料的性質(zhì)，它是不可移動的，而其中的小綠圓（空穴），是可移動的，這一點(diǎn)很重要，請務(wù)必記住；同理N型半導(dǎo)體，它里面的大綠圓（正離子）不可自由移動，而小紅圓（電子）可自由移動。
PN結(jié)是半導(dǎo)體器件中的一個基本結(jié)構(gòu)，它由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體緊密接觸并相互結(jié)合在一起形成。P型半導(dǎo)體富含空穴（正電荷載體），是通過摻入受主雜質(zhì)原子得到的；而N型半導(dǎo)體富含自由電子（負(fù)電荷載體），是通過摻入施主雜質(zhì)原子獲得的。當(dāng)這兩種不同類型的半導(dǎo)體材料接觸時，會在它們的交界區(qū)域形成一個特殊的區(qū)域，稱為PN結(jié)。
當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體接合在一起時，由于P型半導(dǎo)體中的空穴濃度較高，而N型半導(dǎo)體中的電子濃度較高，因此會形成擴(kuò)散運(yùn)動，并且P型半導(dǎo)體中的空穴將向其濃度較低的方向移動。 N型半導(dǎo)體的電子也會擴(kuò)散到其濃度低的地方，從而擴(kuò)散到P型區(qū)域。這樣，不能自由移動的負(fù)離子留在P型區(qū)，不能自由移動的正離子留在N型區(qū)，一正一負(fù)，形成從左到右的內(nèi)電場PN結(jié)內(nèi)部。這個內(nèi)部電場基本上反映了PN結(jié)的工作特性。還有一點(diǎn)需要注意的是，PN結(jié)只是部分帶電，即P型區(qū)帶負(fù)電，N型區(qū)帶正電，但它們是中和的，整體呈中性。
PN結(jié)的形成過程
在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，正電荷和負(fù)電荷的數(shù)量相等，它們的作用相互抵消，從而保持電中性。
1、載流子濃度差產(chǎn)生的倍數(shù)擴(kuò)散運(yùn)動
P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合后，在它們的結(jié)處出現(xiàn)電子和空穴的濃度差。 N型區(qū)電子多空穴少，P型區(qū)空穴多電子少。這樣，許多電子和空穴必須從高濃度擴(kuò)散到低濃度。因此，一些電子必須從N型區(qū)擴(kuò)散到P型區(qū)，而一些空穴必須從P型區(qū)擴(kuò)散到N型區(qū)。
2、電子和空穴復(fù)合形成空間電荷區(qū)
電子和空穴具有相反的電荷，它們在擴(kuò)散過程中會重新結(jié)合（中和），導(dǎo)致P區(qū)和N區(qū)原有的電中性被破壞。 P 區(qū)失去空穴會留下帶負(fù)電的離子，N 區(qū)失去電子會留下帶正電的離子。這些離子由于材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系而不能移動，因此被稱為空間電荷，它們集中在P區(qū)和N區(qū)的界面附近，形成薄薄的空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN交界處。
3、空間電荷區(qū)產(chǎn)生的內(nèi)部電場E阻止多個粒子的擴(kuò)散運(yùn)動。
由于正負(fù)電荷之間的相互作用，在空間電荷區(qū)中形成電場，其方向是從帶正電的N區(qū)到帶負(fù)電的P區(qū)，因?yàn)殡妶鍪窃诎雽?dǎo)體內(nèi)部形成的。影響載流子擴(kuò)散，故稱為內(nèi)電場。由于內(nèi)部電場的方向與電子的擴(kuò)散方向相同而與空穴的擴(kuò)散方向相反，因此阻止了載流子的擴(kuò)散運(yùn)動。
綜上所述，PN結(jié)內(nèi)載流子運(yùn)動有兩種。一是多數(shù)載流子克服電場阻力的擴(kuò)散運(yùn)動；另一種是少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下的漂移運(yùn)動。因此，只有當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)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(yùn)動產(chǎn)生的電流方向相反，因此在沒有外加電場或其他因素的情況下，PN結(jié)中不存在宏觀電流。
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