一、摻雜過程
通過摻雜技術(shù)，向純凈半導(dǎo)體材料中引入不同雜質(zhì)元素，可制備出P型和N型半導(dǎo)體。具體而言，P型半導(dǎo)體摻入三價(jià)元素（如硼、鋁等），這些雜質(zhì)原子與半導(dǎo)體中的四價(jià)元素結(jié)合時(shí)產(chǎn)生空穴，使空穴濃度顯著高于電子濃度。而N型半導(dǎo)體摻入五價(jià)元素（如磷、砷等），雜質(zhì)原子提供額外電子，使電子濃度遠(yuǎn)超空穴濃度。
二、載流子擴(kuò)散與復(fù)合
當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體緊密接觸時(shí)，由于載流子濃度差異，發(fā)生載流子擴(kuò)散現(xiàn)象。N型半導(dǎo)體中的自由電子向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散填補(bǔ)空穴，同時(shí)P型半導(dǎo)體中的空穴也向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散。在擴(kuò)散過程中，電子與空穴發(fā)生復(fù)合，導(dǎo)致P區(qū)和N區(qū)失去電中性。P區(qū)因失去空穴顯負(fù)電，N區(qū)因失去電子顯正電。
三、空間電荷區(qū)與內(nèi)電場(chǎng)形成
這些不能自由移動(dòng)的帶電離子集中在PN結(jié)交界區(qū)域附近，形成空間電荷區(qū)，
也稱耗盡層。正負(fù)電荷間的相互作用產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)，方向從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)。該內(nèi)電場(chǎng)阻止進(jìn)一步的載流子擴(kuò)散，使結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。
也稱耗盡層。正負(fù)電荷間的相互作用產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)，方向從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)。該內(nèi)電場(chǎng)阻止進(jìn)一步的載流子擴(kuò)散，使結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。
四、空間電荷區(qū)的特性及影響
空間電荷區(qū)在PN結(jié)中的一段特殊區(qū)域，因摻雜濃度低，幾乎無自由載流子，外加電場(chǎng)作用下，電子和空穴被強(qiáng)迫移動(dòng)，導(dǎo)致電荷堆積和空間電荷效應(yīng)產(chǎn)生。此區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)，可達(dá)數(shù)百萬伏/厘米以上，在二極管、太陽(yáng)能電池等高速高頻電子器件中意義重大。
空間電荷區(qū)寬度雖小，僅有幾個(gè)納米，但影響范圍廣。PN結(jié)反向偏置時(shí)，空間電荷區(qū)擴(kuò)大，阻礙電流流動(dòng)；正向偏置時(shí)，空間電荷區(qū)縮小，允許電流通過。其形成與變化對(duì)PN結(jié)電學(xué)特性和器件性能影響顯著。
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