二极管pn结形成过程图文详解-KIA MOS管
PN结
P(Positive)型和N(Negative)型可根据它们的载流子(载流子说得比较学术,其实就是导体里面能流动的带电粒子,为电子或者是空穴,空穴可以看作是带正电的电子)来区分。对半导体材料(一般应该是硅Si)参入不同的杂质,就可以形成P型半导体和N型半导体。P型半导体里面能够流动的粒子是空穴,N型半导体里面能够流动的粒子是电子。
结构如下图所示,P型半导体中的大红圆是负离子,由于材料的性质,它是不可移动的,而其中的小绿圆(空穴),是可移动的,这一点很重要,请务必记住;同理N型半导体,它里面的大绿圆(正离子)不可自由移动,而小红圆(电子)可自由移动。
PN结是半导体器件中的一个基本结构,它由P型半导体和N型半导体紧密接触并相互结合在一起形成。P型半导体富含空穴(正电荷载体),是通过掺入受主杂质原子得到的;而N型半导体富含自由电子(负电荷载体),是通过掺入施主杂质原子获得的。当这两种不同类型的半导体材料接触时,会在它们的交界区域形成一个特殊的区域,称为PN结。
PN结形成
当P型半导体和N型半导体接合在一起时,由于P型半导体中的空穴浓度较高,而N型半导体中的电子浓度较高,因此会形成扩散运动,并且P型半导体中的空穴将向其浓度较低的方向移动。 N型半导体的电子也会扩散到其浓度低的地方,从而扩散到P型区域。这样,不能自由移动的负离子留在P型区,不能自由移动的正离子留在N型区,一正一负,形成从左到右的内电场PN结内部。这个内部电场基本上反映了PN结的工作特性。还有一点需要注意的是,PN结只是部分带电,即P型区带负电,N型区带正电,但它们是中和的,整体呈中性。
PN结的形成过程
在杂质半导体中,正电荷和负电荷的数量相等,它们的作用相互抵消,从而保持电中性。
1、载流子浓度差产生的倍数扩散运动
P型半导体和N型半导体结合后,在它们的结处出现电子和空穴的浓度差。 N型区电子多空穴少,P型区空穴多电子少。这样,许多电子和空穴必须从高浓度扩散到低浓度。因此,一些电子必须从N型区扩散到P型区,而一些空穴必须从P型区扩散到N型区。
2、电子和空穴复合形成空间电荷区
电子和空穴具有相反的电荷,它们在扩散过程中会重新结合(中和),导致P区和N区原有的电中性被破坏。 P 区失去空穴会留下带负电的离子,N 区失去电子会留下带正电的离子。这些离子由于材料结构的关系而不能移动,因此被称为空间电荷,它们集中在P区和N区的界面附近,形成薄薄的空间电荷区,这就是所谓的PN交界处。
3、空间电荷区产生的内部电场E阻止多个粒子的扩散运动。
由于正负电荷之间的相互作用,在空间电荷区中形成电场,其方向是从带正电的N区到带负电的P区,因为电场是在半导体内部形成的。影响载流子扩散,故称为内电场。由于内部电场的方向与电子的扩散方向相同而与空穴的扩散方向相反,因此阻止了载流子的扩散运动。
综上所述,PN结内载流子运动有两种。一是多数载流子克服电场阻力的扩散运动;另一种是少数载流子在内电场作用下的漂移运动。因此,只有当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时,空间电荷区的宽度和内建电场才能相对稳定。由于两种运动产生的电流方向相反,因此在没有外加电场或其他因素的情况下,PN结中不存在宏观电流。
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