pn結的形成/多晶矽中PN結是怎樣形成的?
PN結及其形成過程在雜質半導體中, 正負電荷數是相等的,它們的作用相互抵消,因此保持電中性。
1、載流子的濃度差産生的多子的擴散運動 在P型半導體和N型半導體結合後,在它們的交界處就出現了電子和空穴的濃度差,N型區内的電子很多而空穴很少,P型區内的空穴而電子很少,這樣電子和空穴很多都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴散,因此,有些電子要從N型區向P型區擴散, 也有一些空穴要從P型區向N型區擴散。
2、電子和空穴的複合形成了空間電荷區 電子和空穴帶有相反的電荷,它們在擴散過程中要産生複合(中和),結果使P區和N區中原來的電中性被破壞。 P區失去空穴留下帶負電的離子,N區失去電子留下帶正電的離子, 這些離子因物質結構的關系,它們不能移動,因此稱為空間電荷,它們集中在P區和N區的交界面附近,形成了一個很薄的空間電荷區,這就是所謂的PN結。
3、空間電荷區産生的内電場E又阻止多子的擴散運動 在空間電荷區後,由于正負電荷之間的相互作用,在空間電荷區中形成一個電場,其方向從帶正電的N區指向帶負電的P區,由于該電場是由載流子擴散後在半導體内部形成的,故稱為内電場。因為内電場的方向與電子的擴散方向相同,與空穴的擴散方向相反,所以它是阻止載流子的擴散運動的。綜上所述,PN結中存在着兩種載流子的運動。一種是多子克服電場的阻力的擴散運動;另一種是少子在内電場的作用下産生的漂移運動。因此,隻有當擴散運動與漂移運動達到動态平衡時,空間電荷區的寬度和内建電場才能相對穩定。由于兩種運動産生的電流方向相反,因而在無外電場或其他因素激勵時,PN結中無宏觀電流。
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