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1.3、P-N結(jié)

本征半導體的導電能力是很弱的，但是在本征半導體中摻入微量的其他元素就會使半導體的導電性能發(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)的半導體稱為雜志半導體，有N型和P型兩類。

摻雜后的其他一些原子可能會打破硅晶格內(nèi)電子和空穴原有的平衡,雜質(zhì)原子與硅形成共價鍵后還空余一個電子時為N 型半導體材料。雜質(zhì)原子與硅形成共價鍵后稍一個電子時為 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型半導體，另一邊形成P型半導體。那么在兩種半導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型半導體為例，其中電子的濃度遠大于空穴的濃度，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個數(shù)量級。

當P型半導體和N型半導體結(jié)合在一起時，由于交界面兩側(cè)同電性的載流子濃度有很大的差別，必然會導致擴散運動。

擴散的結(jié)果是在P區(qū)留下帶負電的雜質(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)擴散，另一方面又促使少子向?qū)Ψ狡?，當擴散運動和漂移運動相等時，PN結(jié)處在動態(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)加負電壓。此時，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，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移。多子的擴散電流通過回路形成正向電流，此時耗盡層的電壓差只要零點幾伏，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，擴散運動被阻止，但促使了少子漂移運動，在回路中形成了反向電流。因為少子濃度很低，所以電流非常小。

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，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稱為溫度電壓當量，其中k為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學溫度，q為電子的電量。在300K時，UT=26mV。