对耗尽层、结电容、PN结的一些理解

对耗尽层、结电容、PN结的一些理解
扩散、漂移：多子的运动称为扩散；少子的运动称为漂移。
耗尽层、结电容、PN结：PN结中由于p区和n区的电子空穴发生中和，在结中会形成耗尽区，PN结因此可以叫耗尽层，由于PN结反向不导通，因此可以叫做阻挡层。耗尽层是指PN结中在漂移运动和扩散作用的双重影响下载流子数量非常少的一个高电阻区域。耗尽层的宽度与材料本身性质、温度以及偏置电压的大小有关。在PN结中，由于载流子浓度的梯度，空穴、电子会通过扩散作用的形式分别向掺杂浓度低的N区、P区移动，P区流走空穴流进电子并大部分中和P区空穴，剩下少量电子，N区流走电子流进空穴并中和N区电子，剩下少量空穴。扩散作用产生的少数载流子（P区多出的电子和N区多出的空穴）会产生一个较强的内建电场。这个电场会使载流子发生漂移运动，这一运动与扩散的方向正好相反，二者会达成动态平衡。这两种作用的结果是在PN结处形成一个电子、空穴都很稀少的耗尽层，即其中的载流子电子和空穴都被耗尽了。因为耗尽层中载流子少，电阻大，其特征类似电容，这一电容也被称为结电容。PN结反偏会使耗尽层变厚。
把1块P型半导体和1快N型半导体紧密联接在一起（只能用化学方法连接）时，在交界面上会形成很薄的空间电荷区即PN结。由于P区空穴浓度大，空穴会往N区扩散；N区电子浓度大，电子会向P区扩散。扩散的结果是：P区薄层Ⅰ中流走了空穴，流进了电子，其中流进的电子大部分与空穴复合掉，而剩下了很少量的电子形成带负电的离子；N区薄层Ⅱ中流走了电子，流进了空穴，其中流进的空穴大部分与电子复合掉，而剩下很少量的空穴而形成带正电离子，这些离子因物质结构的关系，它们不能移动，因此称为空间电荷。它们集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是所谓的PN结，PN结中电荷数量很少几乎是没有所以又称耗尽层。扩散形成的PN结薄层中正负电荷之间会形成反向的内建电场，内电场促使少子漂移并阻止多子扩散，随着扩散的继续，薄层会变厚（或者说变宽），内建电场会增强，后多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
1) PN结加正向电压时的导电情况：外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
(2) PN结加反向电压时的导电情况：外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。

同质结和异质结：用同一种半导体材料制成的PN结叫同质结，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。