【技术】二极管的PN结介绍

时间： 2022-12-02 来源：钜兴官网

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本文钜兴将针对二极管的PN结做相关介绍。二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。

纯净半导体中掺入微量的杂质元素，形成的半导体称为杂质半导体。半导体根据掺入的杂质元素的不同，可以分为P型半导体和N型半导体。二极管有PN结，采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体基片上，在它们的交界处形成空间电荷区称之为PN结，PN结具有单向导电性。

PN结形成，当把P型半导体和N型半导体制作在一起时，在它们的交界面处，由于两种半导体多数载流子的浓度差很大，因此P区的空穴会向N区扩散，同时，N区的自由电子也会向P区扩散，如图1所示。图中虚线箭头表示P区中空穴的移动方向，实线箭头表示N区中自由电子的移动方向。

扩散到P区的自由电子遇到空穴会复合，扩散到N区的空穴与自由电子也会复合，所以在交界面处多子的浓度会下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，称为空间电荷区。出现空间电荷区以后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区会形成一个电场，电场方向由带正电的N区指向带负电的P区。由于这个电场是由载流子扩散运动（即内部运动）形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。随着扩散运动的进行，空间电荷区会加宽，内电场增强，其方向正好阻止了P区中的多子空穴和N区中的多子自由电子的扩散。

在内电场电场力的作用下，P区的少子自由电子会向N区漂移，N区的少子空穴也会向P区漂移。漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区失去的空穴，而从P区漂移到N区的自由电子补充了原来交界面上N区所失去的自由电子，这就使得空间电荷变少。由此可见，漂移运动的作用是使空间电荷区变窄，与扩散运动的作用正好相反。在无外加电场和其他激发作用下，参与扩散运动的多子数目与参与漂移运动的少子数目相等时，达到动态平衡，这是交界面两侧形成的一定厚度的空间电荷区，称为PN结。这个空间电荷区阻碍多子的扩散，因此也称阻挡层；又由于其中几乎没有载流子，因此又称耗尽层。PN结如图2所示。

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