耗尽层和空间电荷区,耗尽层近似详解-KIA MOS管

耗尽层

耗尽层，是指PN结中在漂移运动和扩散作用的双重影响下载流子数量非常少的一个高电阻区域。耗尽层的宽度与材料本身性质、温度以及偏置电压的大小有关。

耗尽层（depletion region），又称耗尽区、阻挡层、势垒区（barrier region），是指PN结中在漂移运动和扩散作用的双重影响下载流子数量非常少的一个高电阻区域。耗尽层的宽度与材料本身性质、温度以及偏置电压的大小有关。

耗尽区的命名，因为它是由导电区域通过除去所有自由电荷载体而形成的，而不留下任何电流。了解耗尽区是解释现代半导体电子器件的关键，二极管，双极结型晶体管，场效应晶体管和可变电容二极管都依赖于耗尽区现象。

空间电荷区

空间电荷区也称耗尽层，在PN结中，由于自由电子的扩散运动和内电场导致的漂移运动，使PN结中间的部位(P区和N区交界面)产生一个很薄的电荷区，这个表面电荷层是由于载流子被电场排斥到体内而显露出未被补偿的离化杂质电荷所构成的。由于离化杂质电荷是固定不动的空间电荷，故所形成的表面电荷层为空间电荷区。

空间电荷区中存在电场和电势变化.。电势变化取决于半导体中杂质的分布情况，空间电荷区的宽度则取决于半导体的杂质浓度。掺杂浓度愈高，对应的空间电荷区宽度就愈窄。另外，空间电荷区的宽度还受外加电压控制，当外加电压方向增强空间电荷区电场时，空间电荷区展宽，反之，外加电压削弱空间电荷区电场时，空间电荷区变窄。利用空间电荷区宽度随外加电压变化的特点， 可制作各种半导体器件。

特性

（1）当P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面处存在 载流子浓度的差异 ，这样电子和空穴都要 从浓度高的地方向浓度低的地方扩散 。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和N区中原来的电中性条件破坏了。P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷 ，它们集中在P区和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的PN结 。

（2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为 耗尽层 。

（3）P区一侧呈现负电荷，N区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由N区指向P区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为 内电场 。

（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是 内电场将阻碍多子的扩散 ，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方， 使空间电荷区变窄 。

（5）因此， 扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即 PN结处于动态平衡。

什么是耗尽层近似？

耗尽层近似：半导体势垒区中，载流子浓度远低于两侧多子浓度且杂质全部电离，故空间电荷几乎完全由电离的施主和受主杂质的电荷形成。为简化计算，假设整个势垒区的载流子耗尽，称为耗尽层近似。

耗尽层近似是半导体物理中的一个概念，主要用于简化计算。 在这个近似中，假设半导体势垒区中的载流子浓度远低于两侧多子的浓度，且杂质全部电离。因此，空间电荷几乎完全由电离的施主和受主杂质的电荷形成。这种近似允许研究者假设整个势垒区的载流子被耗尽，从而简化了对半导体器件行为的分析和计算过程。

具体来说，耗尽层近似适用于那些载流子浓度非常低，以至于可以忽略不计的区域。在PN结或其他半导体结构中，当偏置条件使得势垒区内的载流子几乎完全耗尽时，就可以应用这个近似。

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