1.2.1 PN结的形成

P型半导体和N型半导体有机地结合在一起时，P区一侧空穴多，N区一侧电子多。由于存在浓度差，P区中的空穴会向N区扩散，N区中的电子也会向P区扩散，这种由于存在浓度差引起载流子从高浓度区域向低浓度区域的运动称为扩散运动，所形成的电流称为扩散电流。扩散电流是半导体器件所特有的，在一般的导体中无法形成扩散电流。

P区的空穴向N区扩散并与N区的电子复合，N区的电子向P区扩散并与P区的空穴复合。P区一边失去空穴，留下了带负电的受主负离子；N区一边失去电子，留下了带正电的施主正离子。这些带电的杂质离子，由于物质结构的关系，不能随意移动，因此不参与导电。在交界面两侧形成的这种具有等量正、负离子的薄层，称为空间电荷区，又称耗尽层或阻挡层。上述过程如图1.2.1所示。

图1.2.1 PN结的形成

由于耗尽层的出现，在界面处形成了一个由N区指向P区的内建电场，称为内电场。在内电场的作用下，N区的少子（空穴）向P区漂移，P区的少子（电子）向N区漂移。这种载流子在电场作用下的运动称为漂移运动，所形成的电流称为漂移电流。漂移运动的结果是耗尽层变窄，内电场减弱。

多子的扩散运动和少子的漂移运动相互制约，最终扩散电流和漂移电流达到动态平衡，此时，虽然扩散和漂移仍在进行，但通过界面的净载流子数为零，因此流过PN结的总电流也为零。同时，耗尽层的宽度保持不变，内电场UB也保持不变，如图1.2.1b所示。

需要指出的是，形成PN结的多子扩散运动和少子漂移运动都与两侧杂质半导体的掺杂浓度或所处温度有着紧密的关系：两侧杂质半导体的掺杂浓度越大，双方多子在扩散过程中的复合概率也就越大，因而两侧对等重掺杂的PN结就会越薄；反之，两侧对等轻掺杂的PN结则会越厚。当温度升高时，双方多子的扩散运动变得更加剧烈，在扩散过程中的复合概率也会更大。因而，当温度升高时，同一PN结的厚度会变薄；反之，当温度降低时，同一PN结的厚度则会变厚。

形象地说，PN结的形成是由双方杂质载流子的扩散“挤”出来的，因而使得双方杂质载流子的扩散趋势得到增强的改变都将削弱PN结的厚度，反之亦然。

当P区和N区的杂质浓度相等时，PN结正、负离子区的宽度相等，称为对称结。而当两边杂质浓度不相等时，称为不对称结，用P+N和PN+表示（+号表示重掺杂区）。这时，由于两边电荷量相等，但正、负离子分布的疏密不同，耗尽层伸向轻掺杂区一边，如图1.2.2所示。

图1.2.2 不对称PN结