對耗盡層、結電容、PN結的一些理解

對耗盡層、結電容、PN結的一些理解
擴散、漂移：多子的運動稱為擴散；少子的運動稱為漂移。
耗盡層、結電容、PN結：PN結中由于p區(qū)和n區(qū)的電子空穴發(fā)生中和，在結中會形成耗盡區(qū)，PN結因此可以叫耗盡層，由于PN結反向不導通，因此可以叫做阻擋層。耗盡層是指PN結中在漂移運動和擴散作用的雙重影響下載流子數(shù)量非常少的一個高電阻區(qū)域。耗盡層的寬度與材料本身性質、溫度以及偏置電壓的大小有關。在PN結中，由于載流子濃度的梯度，空穴、電子會通過擴散作用的形式分別向摻雜濃度低的N區(qū)、P區(qū)移動，P區(qū)流走空穴流進電子并大部分中和P區(qū)空穴，剩下少量電子，N區(qū)流走電子流進空穴并中和N區(qū)電子，剩下少量空穴。擴散作用產(chǎn)生的少數(shù)載流子（P區(qū)多出的電子和N區(qū)多出的空穴）會產(chǎn)生一個較強的內建電場。這個電場會使載流子發(fā)生漂移運動，這一運動與擴散的方向正好相反，二者會達成動態(tài)平衡。這兩種作用的結果是在PN結處形成一個電子、空穴都很稀少的耗盡層，即其中的載流子電子和空穴都被耗盡了。因為耗盡層中載流子少，電阻大，其特征類似電容，這一電容也被稱為結電容。PN結反偏會使耗盡層變厚。
把1塊P型半導體和1快N型半導體緊密聯(lián)接在一起（只能用化學方法連接）時，在交界面上會形成很薄的空間電荷區(qū)即PN結。由于P區(qū)空穴濃度大，空穴會往N區(qū)擴散；N區(qū)電子濃度大，電子會向P區(qū)擴散。擴散的結果是：P區(qū)薄層Ⅰ中流走了空穴，流進了電子，其中流進的電子大部分與空穴復合掉，而剩下了很少量的電子形成帶負電的離子；N區(qū)薄層Ⅱ中流走了電子，流進了空穴，其中流進的空穴大部分與電子復合掉，而剩下很少量的空穴而形成帶正電離子，這些離子因物質結構的關系，它們不能移動，因此稱為空間電荷。它們集中在P區(qū)和N區(qū)的交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結，PN結中電荷數(shù)量很少幾乎是沒有所以又稱耗盡層。擴散形成的PN結薄層中正負電荷之間會形成反向的內建電場，內電場促使少子漂移并阻止多子擴散，隨著擴散的繼續(xù)，薄層會變厚（或者說變寬），內建電場會增強，后多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。
1) PN結加正向電壓時的導電情況：外加的正向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內電場方向相反，削弱了內電場。于是，內電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結呈現(xiàn)低阻性。
(2) PN結加反向電壓時的導電情況：外加的反向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內電場方向相同，加強了內電場。內電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結區(qū)的少子在內電場作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，PN結呈現(xiàn)高阻性。在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。