距离上一次写半导体,已经过了很久了,上次分享了本征半导体的基本概念:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/109483580
今天给大家聊聊半导体工业中的基础:PN结与二极管
1、掺杂的半导体
如果将本征半导体进行掺杂处理,我们可以得到P型半导体和N型半导体。如图1-1,P型半导体以空穴作为多数载流子,N型半导体以电子作为多数载流子。如果单纯的对掺杂半导体进行通电,我们会发现半导体的导电能力大大增强了(相对于本征半导体),在相同掺杂浓度的半导体中,N型半导体体的导电能力更强(电子的迁移率大约是空穴迁移率的3倍)。
图1-1 本征半导体与掺杂半导体
2、载流子的扩散与漂移
如果将一个P型半导体和一个N型半导体合在一起,那么由于扩散运动,N型半导体内的电子会跑到P型半导体中和空穴复合;P型半导体的空穴会跑到N型半导体内与电子复合。那么这个时候在结合面的附近P型半导体空轨道被电子填满形成带负电的粒子,而N型半导体失去自由电子,形成带正点的粒子,扩散运动形成了正负粒子构建的内电场。随着扩散深度的加强,内电场的场强在增加,此时进入电场内的载流子被加速:电子逆着电场方向移动,空穴沿着电场方向移动,P型半导体获得空穴,N型半导体获得电子,从而使内建电场强度减弱形成“负反馈”。最终PN 结的内建场强处于一个动态平衡之中,如图2-1。
在PN结的内建电场区域几乎没有自由移动的载流子,而正负粒子被晶格所束缚不能自由移动。这个空间区域称为空间电荷区,也叫耗尽层,也叫势垒区。在初学模拟电路的时候,我们经常会被这三个名词所困惑,这里我们不妨再看一下:空间电荷区是按照电荷特性划分的,该部分是不能自由移动的电荷;从电场的角度来看,内建电场阻碍了载流子的扩散,就像一堵墙一样,如果载流子要通过这个区域必须获得克服该势垒的能量;从载流子的角度来看,这里的电子和空穴进行了复合,仿佛附近的载流子被消耗了一般,因此也称为耗尽层。所以,空间电荷区 = 势垒区 = 耗尽层。