2.2 零偏置PN结

在一个晶格内，将P型和N型半导体连接在一起就形成PN结。术语 “结” 是指P型和N型半导体所接触的边界接口，此处半导体的两个区域相遇，如图2.5 （a） 所示。假设在每个区均匀掺杂，在P区 （N_a） 和N区 （N_d） 杂质的掺杂浓度，如图2.5 （b） 所示。

在室温下，电子 （N区的多数载流子） 从N区扩散到P区，空穴 （P区的多数载流子）从P区扩散到N区。在P型半导体和N型半导体的接触区-结附近，电子和空穴复合，互相抵消，从而在结的两边存在相反的电荷，如图2.5 （c） 所示，我们将其称为耗尽区或空间电荷区。它们就像一座屏障一样，当在特定温度的热平衡条件下，如果没有施加其他额外的能量（如电压），则电子或空穴不能通过节，如图2.5 （c） 所示。

可以看到，由于在结的两侧存在相反的电荷，这样就建立了一个穿越PN结的电场。由于N区比P区的电势高，直接导致结势垒V_j升高，这样就阻止多子流动到另一侧，如图2.5 （d）所示。V_j也称为内建电势。

由于内建势垒的存在，P区的少数载流子——电子，将穿过PN结到达N区，N区少数载流子——空穴将穿过PN结到达P区。因此，由少子 （空穴） 引起从N区流向P区的电流，称为反相漂移电流I_DR。同样，由少子 （电子） 引起从P区流向N区的电流，称为正向扩散电流I_DF。在平衡条件下，净电流为0。因此，这两个电流I_DR和I_DF大小相等，方向相反，即：

小提示：此处介绍PN结的意义。

从通俗的角度理解，当没有给PN结施加额外的能量时，耗尽区就相当于一座大山，它横在P型半导体和N型半导体中间，阻挡电流的形成。如果通过外部对PN结两端施加正向能量，使得P型半导体和N型半导体的空穴和电子能自由流动，则就会形成电流。

图2.5 PN结和耗尽层

另一方面，耗尽区越宽 （越厚），所需要施加的外部能量就会越大。如果尽可能地减少耗尽区的宽度，则会减少所需要施加的外部能量。