1.3、P-N结

本征半导体的导电能力是很弱的，但是在本征半导体中掺入微量的其他元素就会使半导体的导电性能发生显著变化。这些微量元素的原子称为杂质，掺入杂质的半导体称为杂志半导体，有N型和P型两类。

掺杂后的其他一些原子可能会打破硅晶格内电子和空穴原有的平衡,杂质原子与硅形成共价键后还空余一个电子时为N 型半导体材料。杂质原子与硅形成共价键后稍一个电子时为 P型。如图1.4所示.


在一块完整的硅晶体片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体。那么在两种半导体的交界面附近就形成了P-N结。

1.3.1、P-N结内部载流子

P-N结内部有两种载流子，即多子和少子。多子与少子是相对而言的，以N型半导体为例，其中电子的浓度远大于空穴的浓度，那么电子就成为多(数载流)子，空穴为少(数载流)子。多子和少子在数量上相差6-7个数量级。

当P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面两侧同电性的载流子浓度有很大的差别，必然会导致扩散运动。

扩散的结果是在P区留下带负电的杂质离子，在N区留下带正电的杂质离子，这就形成了一层很薄的空间电荷区，又称耗尽层。由耗尽层形成的内电场一方面阻碍多子的继续扩散，另一方面又促使少子向对方漂移，当扩散运动和漂移运动相等时，PN结处在动态平衡状态。


1.3.2、P-N结的特性

1.单向导电性

如果给PN结施加正向电压，即P区加正电压，N区加负电压。此时，在外电场作用下，多子被推向耗尽层，使耗尽层变窄，内电场被虚弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。多子的扩散电流通过回路形成正向电流，此时耗尽层的电压差只要零点几伏，所以施加不大的正向电压就可以产生很大的电流。

如果施加反向电压的话，内电场被增强，扩散运动被阻止，但促使了少子漂移运动，在回路中形成了反向电流。因为少子浓度很低，所以电流非常小。

P-N结加正向电压是，形成加大较大的正向电流；而在施加反向电压时，反向电流很小。这种特性称为单向导电性。

P-N结两端的电压U和流过P-N 结的电流I之间的关系为：




其中， 为反向饱和电流，UT=kT/q称为温度电压当量，其中k为波尔兹曼常数，T为热力学温度，q为电子的电量。在300K时，UT=26mV。