PN结(PNjunction)
PN结是一种半导体器件的基本组成单元,通过特定的掺杂工艺将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体基片上。P型半导体掺入受主杂质(如硼),空穴为多子;N型半导体掺入施主杂质(如磷),电子为多子。这两种半导体在交界处形成内建电场,阻止多数载流子的进一步扩散,但允许少数载流子漂移,最终达到动态平衡,形成PN结。图片来源于网络
PN结的形成过程
[*]掺杂工艺:通过外延、扩散或离子注入等方法,将P型和N型半导体材料制作在同一块基片上。
[*]扩散和漂移:P区的空穴向N区扩散,N区的电子向P区扩散,留下固定电荷,形成空间电荷区。
[*]内建电场:由于浓度差形成的内建电场阻止多数载流子的进一步扩散,但允许少数载流子漂移,最终达到动态平衡,形成PN结。
PN结的特性
[*]单向导电性:在没有外加电压时,PN结中的扩散和漂移运动达到动态平衡,总电流为零。外加正向电压时,多数载流子扩散运动增强,形成较大的正向电流;外加反向电压时,内建电场增强,形成极微弱的反向电流。
[*]反向击穿性:当反向电压增大到一定程度时,内建电场强,载流子发生带隙之间遂穿或雪崩效应,反向电流突然增大,这一现象称为击穿。击穿电压取决于PN结的掺杂浓度。
[*]伏安特性:PN结的伏安特性描述了其电压与电流之间的关系。在正向偏置时,电流随电压增加而迅速增加;在反向偏置时,电流几乎保持不变,直到发生击穿。
[*]电容特性:PN结还具有电容特性,空间电荷区的宽度和电荷分布影响其电容。在反向偏置时,空间电荷区变宽,电容减小;在正向偏置时,空间电荷区变窄,电容增加。
PN结的应用
PN结是构成各种半导体器件的基本组成单元,应用于二极管、三极管、场效应晶体管、太阳能电池等。其单向导电性和击穿特性使得PN结在电子设备中发挥重要作用。
一般在谈到半导体的PN结时,就会联系到势垒,这涉及半导体的基础内容。简单地说,所谓势垒也称位垒,就是在PN结由于电子、空穴的扩散所形成的阻挡层,两侧的势能差,就称为势垒。
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