二極管PN結的形成圖

純凈半導體中摻入微量的雜質元素，形成的半導體稱為雜質半導體。半導體根據摻入的雜質元素的不同，可以分為P型半導體和N型半導體。二極管有PN結，采用不同的摻雜工藝，通過擴散作用，將P型半導體和N型半導體制作在同一塊半導體基片上，在它們的交界處形成空間電荷區稱之為PN結，PN結具有單向導電性。

當把P型半導體和N型半導體制作在一起時，在它們的交界面處，由于兩種半導體多數載流子的濃度差很大，因此P區的空穴會向N區擴散，同時，N區的自由電子也會向P區擴散，如圖1所示。圖中 虛線箭頭表示P區中空穴的移動方向，實線箭頭表示N區中自由電子的移動方向。

圖1 P區與N區中多數載流子的擴散運動

擴散到P區的自由電子遇到空穴會復合，擴散到N區的空穴與自由電子也會復合，所以在交界面處多子的濃度會下降，P區出現負離子區，N區出現正離子區，稱為空間電荷區。出現空間電荷區以后， 由于正負電荷之間的相互作用，在空間電荷區會形成一個電場，電場方向由帶正電的N區指向帶負電的P區。由于這個電場是由載流子擴散運動（即內部運動）形成的，而不是外加電壓形成的，故稱為內電場。隨著擴散運動的進行，空間電荷區會加寬，內電場增強，其方向正好阻止了P區中的多子空穴和N區中的多子自由電子的擴散。

在內電場電場力的作用下，P區的少子自由電子會向N區漂移，N區的少子空穴也會向P區漂移。漂移運動的方向正好與擴散運動的方向相反。從N區漂移到P區的空穴補充了原來交界面上P區失去的空穴， 而從P區漂移到N區的自由電子補充了原來交界面上N區所失去的自由電子，這就使得空間電荷變少。由此可見，漂移運動的作用是使空間 電荷區變窄，與擴散運動的作用正好相反。在無外加電場和其他激發作用下，參與擴散運動的多子數目與參與漂移運動的少子數目相等時，達到動態平衡，這是交界面兩側形成的一定厚度的空間電荷區，稱為PN結。這個空間電荷區阻礙多子的擴散，因此也稱阻擋層；又由于其中幾乎沒有載流子，因此又稱耗盡層。PN結如圖2所示。

圖2 平衡狀態下的PN結

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