純凈半導體中摻入微量的雜質(zhì)元素,形成的半導體稱(chēng)為雜質(zhì)半導體。半導體根據摻入的雜質(zhì)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(guò)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(chēng)之為PN結,PN結具有單向導電性。
PN結形成
當把P型半導體和N型半導體制作在一起時(shí),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(huì )向N區擴散,同時(shí),N區的自由電子也會(huì )向P區擴散,如圖1所示。圖中虛線(xiàn)箭頭表示P區中空穴的移動(dòng)方向,實(shí)線(xiàn)箭頭表示N區中自由電子的移動(dòng)方向。
擴散到P區的自由電子遇到空穴會(huì )復合,擴散到N區的空穴與自由電子也會(huì )復合,所以在交界面處多子的濃度會(huì )下降,P區出現負離子區,N區出現正離子區,稱(chēng)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(huì )形成一個(gè)電場(chǎng),電場(chǎng)方向由帶正電的N區指向帶負電的P區。由于這個(gè)電場(chǎng)是由載流子擴散運動(dòng)(即內部運動(dòng))形成的,而不是外加電壓形成的,故稱(chēng)為內電場(chǎng)。隨著(zhù)擴散運動(dòng)的進(jìn)行,空間電荷區會(huì )加寬,內電場(chǎng)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(chǎng)電場(chǎng)力的作用下,P區的少子自由電子會(huì )向N區漂移,N區的少子空穴也會(huì )向P區漂移。漂移運動(dòng)的方向正好與擴散運動(dòng)的方向相反。從N區漂移到P區的空穴補充了原來(lái)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(lái)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(jiàn),漂移運動(dòng)的作用是使空間電荷區變窄,與擴散運動(dòng)的作用正好相反。在無(wú)外加電場(chǎng)和其他激發(fā)作用下,參與擴散運動(dòng)的多子數目與參與漂移運動(dòng)的少子數目相等時(shí),達到動(dòng)態(tài)平衡,這是交界面兩側形成的一定厚度的空間電荷區,稱(chēng)為PN結。這個(gè)空間電荷區阻礙多子的擴散,因此也稱(chēng)阻擋層;又由于其中幾乎沒(méi)有載流子,因此又稱(chēng)耗盡層。PN結如圖2所示。