PN結及其單向導電性

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   盡管P型半導體或N型半導體的導電性能得到較大的改善，但在實際使用中并沒有多大的實用價值。然而，當采用特殊的制作工藝將P型半導體與N型半導體緊密地結合在一起的時候，這兩種半導體的交界面就會產生一個特殊的接觸面，稱之，為PN結。這種PN結是構成半導體器件（如晶體二極管、晶體三極管等）的基礎，也是半導體獲得廣泛應用的原因。

  一.PN結的形成

   當P型半導體（又稱P區）和N型半導體（又稱N區）結合在一起時，其交界面會出現兩種粒子的運動。一種稱為多數載流子的擴散運動，它的形成是因為交界面N區側的多數載流子電子濃度高于P區側電子濃度，P區側多數載流子空穴濃度高于N區側空穴濃度而產生的濃度高的粒子向濃度低的地方擴散而形成的運動所致。由于擴散運動時P區側留下不能移動的負離子，N區側留下不能移動的正離子，這些帶電離子在交界面兩側形成一個電荷區，稱為空間電荷區。在空間電荷區中，P區側為負電荷區，N區側為正電荷區，在正、負電荷間形成一個電場，其方向由N區指向P區。該電場是由多數載流子的漂移運動。這種運動的形成是由于內電場的存在使P區側少數載流子電子受電場力作用向N區運動，而N區的少數載流子空穴向P區運動所致。漂移運動的結果是消弱了內電場。

   由此可見，在PN結形成的過程中，載流子的運動同時存在擴散運動。其中，擴散運動增強了內電場而漂移運動又消弱了內電場，最后兩種運動作用達到動態平衡時空間電荷區不再變化，我們把這個穩定的空間電荷區稱為PN結。

二．PN結的單向導電性

   PN結的形成只反映了沒有外電場時P型半導體與N型半導體相接觸的內部情況。若把PN結看作是一個整體，在PN結的兩端加上外電壓，這時PN結會有什么現象產生呢？實驗表明：

   當PN結的P區接到電源的正極，N區接電源的負極時，此時，加在PN結上的電壓稱為正向電壓或正向偏置。這時正向電流可以很大，且隨著正向電壓增大而增大。我們把這種情況稱為PN結正向導通，PN結正向導通意味PN結的正向電阻變小了。

   當P區接電源的負極，N區接電源負極時，這時加在PN結上的電壓稱為反向電壓，或叫反向偏置，此時，反向電流很小，且它不隨反向電壓的增大而增大，這種情況稱為PN結的反向截止。PN結的反向截止意味著PN反向電阻變得很大。

   綜上所述，當PN結加上正向電壓時有較大的電流流過，正向電阻很小，PN結處于導通狀態；當PN結加上反向電壓時，只有很小的電流通過，反向電阻很大，PN結處于截止狀態。這就是PN結的重要特性——單向導電性。晶體二極管、晶體三極管及其它各種半導體器件的工作特性都是以PN結的單向導電特性為基礎產生的。