1.2.1 PN結(jié)的形成

P型半導體和N型半導體有機地結(jié)合在一起時，P區(qū)一側(cè)空穴多，N區(qū)一側(cè)電子多。由于存在濃度差，P區(qū)中的空穴會向N區(qū)擴散，N區(qū)中的電子也會向P區(qū)擴散，這種由于存在濃度差引起載流子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域的運動稱為擴散運動，所形成的電流稱為擴散電流。擴散電流是半導體器件所特有的，在一般的導體中無法形成擴散電流。

P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散并與N區(qū)的電子復合，N區(qū)的電子向P區(qū)擴散并與P區(qū)的空穴復合。P區(qū)一邊失去空穴，留下了帶負電的受主負離子；N區(qū)一邊失去電子，留下了帶正電的施主正離子。這些帶電的雜質(zhì)離子，由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，不能隨意移動，因此不參與導電。在交界面兩側(cè)形成的這種具有等量正、負離子的薄層，稱為空間電荷區(qū)，又稱耗盡層或阻擋層。上述過程如圖1.2.1所示。

圖1.2.1 PN結(jié)的形成

由于耗盡層的出現(xiàn)，在界面處形成了一個由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)建電場，稱為內(nèi)電場。在內(nèi)電場的作用下，N區(qū)的少子（空穴）向P區(qū)漂移，P區(qū)的少子（電子）向N區(qū)漂移。這種載流子在電場作用下的運動稱為漂移運動，所形成的電流稱為漂移電流。漂移運動的結(jié)果是耗盡層變窄，內(nèi)電場減弱。

多子的擴散運動和少子的漂移運動相互制約，最終擴散電流和漂移電流達到動態(tài)平衡，此時，雖然擴散和漂移仍在進行，但通過界面的凈載流子數(shù)為零，因此流過PN結(jié)的總電流也為零。同時，耗盡層的寬度保持不變，內(nèi)電場UB也保持不變，如圖1.2.1b所示。

需要指出的是，形成PN結(jié)的多子擴散運動和少子漂移運動都與兩側(cè)雜質(zhì)半導體的摻雜濃度或所處溫度有著緊密的關(guān)系：兩側(cè)雜質(zhì)半導體的摻雜濃度越大，雙方多子在擴散過程中的復合概率也就越大，因而兩側(cè)對等重摻雜的PN結(jié)就會越薄；反之，兩側(cè)對等輕摻雜的PN結(jié)則會越厚。當溫度升高時，雙方多子的擴散運動變得更加劇烈，在擴散過程中的復合概率也會更大。因而，當溫度升高時，同一PN結(jié)的厚度會變薄；反之，當溫度降低時，同一PN結(jié)的厚度則會變厚。

形象地說，PN結(jié)的形成是由雙方雜質(zhì)載流子的擴散“擠”出來的，因而使得雙方雜質(zhì)載流子的擴散趨勢得到增強的改變都將削弱PN結(jié)的厚度，反之亦然。

當P區(qū)和N區(qū)的雜質(zhì)濃度相等時，PN結(jié)正、負離子區(qū)的寬度相等，稱為對稱結(jié)。而當兩邊雜質(zhì)濃度不相等時，稱為不對稱結(jié)，用P+N和PN+表示（+號表示重摻雜區(qū)）。這時，由于兩邊電荷量相等，但正、負離子分布的疏密不同，耗盡層伸向輕摻雜區(qū)一邊，如圖1.2.2所示。

圖1.2.2 不對稱PN結(jié)