PN結(jié)的基礎(chǔ)知識

N型材料與P型材料的結(jié)合形成二極管，會(huì)形成PN結(jié)，那么是怎么形成的呢？

硅摻雜少量銻時(shí)，就是 N 型半導(dǎo)體材料，當(dāng)硅材料摻雜少量硼時(shí)，會(huì)形成 P 型半導(dǎo)體材料。

本身他們的作用都很小，通俗一點(diǎn)講就是中性的，但是當(dāng)這2種材料結(jié)合在一起的時(shí)候，就會(huì)變得神奇，他們的行為方式會(huì)非常的不同，就會(huì)產(chǎn)生“PN 結(jié)”的東西。

當(dāng)他們結(jié)合在一起的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生很大密度階梯，就是施主雜質(zhì)原子的一些自由電子開始遷移穿過這個(gè)新形成的結(jié)以填充產(chǎn)生負(fù)離子的 P 型材料中的空穴。

這個(gè)時(shí)候電子已經(jīng)從N 型硅穿過 PN 結(jié)移動(dòng)到 P 型硅，在負(fù)側(cè)留下有帶正電的供體離子，在受體雜質(zhì)的空穴遷移穿過結(jié)在相反方向進(jìn)入有大量自由電子的區(qū)域。

當(dāng)沿結(jié)的 P 型電荷密度被帶著負(fù)電的 NA 填充，沿結(jié)的 N 型電荷密度變?yōu)檎姾?，這個(gè)過程來回繼續(xù)的時(shí)候，當(dāng)穿過結(jié)的電子數(shù)量更多的電荷排斥并阻止任何更多的電荷流子穿過結(jié)，終，當(dāng)施主原子排斥空穴而受體原子排斥電子時(shí)，將出現(xiàn)平衡狀態(tài)（電中性情況），在結(jié)區(qū)域周圍產(chǎn)生“勢壘”區(qū)域。

由于沒有自由載流子可以停留在存在勢壘的位置，因此與遠(yuǎn)離結(jié)的 N 型和 P 型材料相比，結(jié)兩側(cè)的區(qū)域現(xiàn)在完全耗盡了任何更多的自由載流子。PN 結(jié)周圍的這個(gè)區(qū)域現(xiàn)在稱為耗盡層。

總之，PN 結(jié)每一側(cè)的總電荷必須相等且方向相反，才能保持中性電荷狀態(tài)，就是說2者的關(guān)系為 Dp*N A = Dn*N D。

現(xiàn)在來說說耗盡層的距離

由于N型材料失去了電子，P型失去了空穴，N型材料相對于P型變成了正極。然后，結(jié)兩側(cè)存在的雜質(zhì)離子會(huì)導(dǎo)致在該區(qū)域建立電場，N 側(cè)相對于 P 側(cè)處于正電壓。

現(xiàn)在的問題是，自由電荷需要一些額外的能量來克服現(xiàn)在存在的障礙，使其能夠穿過耗盡區(qū)結(jié)。

擴(kuò)散過程產(chǎn)生的電場在結(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生了一個(gè)“內(nèi)置電位差”，其開路（零偏置）電位為：

PN結(jié)電位

其中：E o是零偏置結(jié)電壓，V T是室溫下 26mV 的熱電壓，N D和N A是雜質(zhì)濃度，n i是本征濃度。

在通常的情況下，硅耗盡層兩端的電壓約為 0.6 – 0.7 伏，鍺約為 0.3 – 0.35 伏。即使設(shè)備沒有連接到任何外部電源，這種勢壘也將始終存在。

那么在PN結(jié)的理論中，可以通過將不同摻雜的半導(dǎo)體材料連接或擴(kuò)散在一起來制作 PN 結(jié)，以生產(chǎn)稱為二極管的電子設(shè)備，該二極管可用作整流器的基本半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所有類型晶體管、LED、太陽能電池和更多此類固態(tài)設(shè)備。