PN结pienjie

P型半导体和N型半导体结合时两者交界处所形成的结构。PN结的形成起因是交界面两侧电子、空穴浓度不同而发生的扩散运动。附图1表示P型半导体与N型半导体则结合时的状况。
由于P区有大量可以移动的空穴，N区几乎没有空穴，二者存在空穴浓度差，空穴从浓度高的P区向N区扩散。同样，N区有大量的自由电子，P区很少，二者间存在自由电子的浓度差，自由电子从浓度高的N区向P区扩散，如图1中箭头所示。可将这种扩散运动理解为一种扩散力。随着扩散的进行，P区空穴减少，P区出现了一层带负电的粒子区(图1(b)中用“-”号表示不能移动的受主原子)；同时N区的电子减少，N区出现一层带正电的粒子区(图1(b)中用“+”表示不能移动的施主原子)，这样，在交界面的左侧和右侧，分别出现了负电荷和正电荷的空间电荷区。这些负、正空间电荷在交界面产生一个电场，电场方向从右指向左端，如图(b)E内箭头所示。这个电场力阻碍正电荷从左向右扩散运动，同时阻碍电子从右向左扩散运动。或说，电场力迫使空穴和电子沿与扩散运动相反的方向运动。通常把载流子在电场作用下的运动称为漂移运动。随着扩散的进行，交界处的空间电荷区加深，E内增加所引起的漂移运动也增加，最后，当浓度差所引起的扩散运动与E内所引起的漂移运动相等时，空间电荷区将稳定下来而不再增加。这个空间电荷区，因其载流子数目很少，故又称为阻挡层或耗尽区，PN结就是指的这个阻挡层。
PN结的基本特征是它的单向导电性。如图2(a)所示，外电源正极接P区、负极接N区，相当于向PN结加正向电压。这时，外加电场与内电场方向相反，削弱了内电场，使阻挡层变窄，大大有利于扩散运动，使得多数载流子在外加电场作用下顺利通过阻挡层，这等效于正向连接时PN结电阻变小。因而电路内电流大，这个电流叫做正向电流。如图2(b)所示，当向PN结加反向电压，即外电源正极接N区、负级接P区时，外加电场与内电场方向相同，使阻挡层加宽，外部电场驱使P区的空穴向左移动，N区的电子向右移动，在空间电荷的左边，由于空穴移走，使负电荷量增加，负电荷区变宽；在空间电荷的右边，电子移走，正电荷增加，正电荷区变宽。空间电荷区（阻挡层）变宽，使多数载流子的扩散运动难于进行。但是P型半导体中的少数载流子（电子）和N型半导体中的少数载流子（空穴）在外电场作用下，通过PN结，在电路中会出现微小电流，称之为反向电流，硅管约1微安以下，可认为反向电阻很大，或者说基本不导电。

图2

图2

PN结

PN junction