半導體的pn結形成原因（本徵半導體和PN結的形成）

2023-09-13 02:00:19

半導體材料取自於元素周期表中金屬與非金屬的交界處。常溫下半導體導電性能介於導體與絕緣體之間。

本徵半導體

純淨的具有晶體結構的半導體稱為本徵半導體。(由於不含雜質且為晶體結構，所以導電性比普通半導體差)

常溫下，少數價電子由於熱運動獲得足夠的能量掙脫共價鍵的束縛成為自由電子。此時，共價鍵留下一個空位置，即空穴。原子因失去電子而帶正電，或者說空穴帶正電。在本徵半導體外加一個電場，自由電子將定向移動產生電流;同時，價電子會按一定方向去依次填補空穴，相當於空穴也在定向移動，而且是跟電子反向的運動。本徵半導體的電流是這兩個電流之和。運載電荷的粒子稱之為載流子。

當有一個自由電子的產生，必然會有一個空穴產生，所以自由電子與空穴對是同生同滅。當自由電子在運動中填補了一個空穴，此時兩者同時消失，這種現象稱之為複合。在一定溫度下，兩種載流子濃度相同，達到一種動態平衡。當溫度升高，熱運動會加劇，會有更多的電子掙脫束縛，會導致載流子濃度上升，從而打破這個平衡，溫度一定後會再次建立平衡。

雜質半導體

通過擴散工藝，在本徵半導體摻入某些元素。

在本徵半導體加入 5價元素磷，由於加入了最外層為5個電子的元素，在形成共價鍵後會多出一個電子，這個電子就成了自由電子。因為這個半導體自由電子的個數多於空穴個數，而電子帶負電，所以稱之為N(negative，負)型半導體。

在本徵半導體加入 3價元素硼，由於加入了最外層為3個電子的元素，在形成共價鍵後會多出一個空位，矽原子的最外層電子會去填補這個空位，從而會多出一個空穴。空穴帶正電，所以稱之為P(positive，正)型半導體。

在N型半導體中，自由電子為多數載流子，空穴為少數載流子;在P型半導體中，空穴為多數載流子，自由電子為少數載流子。

PN結的形成

採用某種工藝，可以將P型半導體和N型半導體製作在同一塊矽片上。

由於濃度差，會產生擴散運動。同時，在P區N區交界處，多數載流子濃度降低，P區出現正離子區，N區出現負離子區，內部會產生一個內電場。該電場會產生一個運動去阻止擴散運動，這個運動稱為漂移運動。參與擴散運動和漂移運動的載流子數目相同，達到動態平衡就形成了PN結。

PN結的單向導電性

PN結的電容效應

PN結存在著等效電容(勢壘電容和擴散電容，兩者之和稱為結電容，具體省略)，由於容抗跟頻率成反比，當加在PN結上的交流電頻率較高時，交流電就可以通過PN結的電容形成通路，PN結會失去單向導電的特性。

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