二極管PN結(jié)形成

我們上一次說了將半導(dǎo)體制作成本征半導(dǎo)體的目的就是為了能有效的控制半導(dǎo)體的特性為我們所用，那我們今天就來講一下我們用本征半導(dǎo)體能做成什么東西。
首先接觸過電子行業(yè)的人都會(huì)知道，我們電路是由電子元器件構(gòu)成的，而電子元器件中最基礎(chǔ)的元器件莫過于電阻、電容、電感、二極管、三極管等等。
而其中的二極管和三極管我們可以使用本征半導(dǎo)體進(jìn)行加工后制作而成，首先我們知道二極管簡(jiǎn)單來說就是一個(gè)PN結(jié)，而三極管相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)，所以我們?nèi)绻�想要得到二極管或者三極管，那么我們首先要制作出PN結(jié)。
我們上次說了本征半導(dǎo)體是可控的，所以我們可以在本征半導(dǎo)體內(nèi)摻入一定的雜質(zhì)，從而形成我們需要的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，我們可以將這類型的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。
那么就肯定有人要問，要怎么操作才能得到P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。
如果我們要得到一個(gè)N型半導(dǎo)體，那么我們一般是在本征半導(dǎo)體內(nèi)摻入5價(jià)的元素，一般我們使用的是磷（P）元素，摻入磷元素后，在形成共價(jià)鍵后，周圍還多出一個(gè)自由電子，如下圖所示：


N型半導(dǎo)體
你摻入的磷元素越多，自由電子剩余的越多，也就是自由電子的濃度越大，這樣我們就可以制作出我們可以控制的N型半導(dǎo)體。
而如果你要制作P型半導(dǎo)體，那么就要在本征半導(dǎo)體內(nèi)摻入3價(jià)的元素，一般我們是摻入硼元素（B），你摻入一個(gè)硼元素，那么就會(huì)多出一個(gè)空穴，如下圖所示：


P型半導(dǎo)體
同理，你摻入的元素越多，空穴濃度也就會(huì)相應(yīng)的提高，摻入一定數(shù)量的元素后你就可以得到一個(gè)可控的P型半導(dǎo)體。
有了P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，我們就可以采用自然界中的一個(gè)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)來制作成PN結(jié)，所謂的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)就是我們自然界中的所有物質(zhì)都有一個(gè)特性，那就是會(huì)因?yàn)闈舛炔疃�產(chǎn)生從濃度高的地方往濃度低的地方運(yùn)動(dòng)，稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。
我們的PN結(jié)主要原理就是采用擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，我們是在一個(gè)材料上，采用擴(kuò)散的工藝得到一個(gè)P區(qū)，然后在同一個(gè)材料上，用擴(kuò)散的工藝得到一個(gè)N區(qū)，如下圖所示：

PN結(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
我們可以看到P區(qū)空穴的濃度高于N區(qū)，而N區(qū)的自由電子濃度高于P區(qū)，這樣就會(huì)產(chǎn)生空穴由P向N擴(kuò)散，自由電子由N向P擴(kuò)散，從而導(dǎo)致的結(jié)果就是在接觸面的地方P區(qū)會(huì)缺少空穴，而N區(qū)會(huì)缺少自由電子，這樣在接觸面附近就剩下不能移動(dòng)的離子存在了，也就會(huì)構(gòu)成內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)形成后會(huì)阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行；而且內(nèi)電場(chǎng)會(huì)讓空穴從N區(qū)向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，自由電子會(huì)從P區(qū)向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。
經(jīng)過擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和內(nèi)電場(chǎng)的漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)果，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空間電荷區(qū)，當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同后，我們稱之為動(dòng)態(tài)平衡后（簡(jiǎn)單來說就是自由電子從N區(qū)到P區(qū)數(shù)量和從P區(qū)回N區(qū)的數(shù)量相同，且空穴從P區(qū)移動(dòng)到N區(qū)的數(shù)量和N區(qū)回到P區(qū)的數(shù)量相等時(shí)），那么就會(huì)形成一個(gè)PN結(jié)，如下圖所示。

PN結(jié)形成
PN結(jié)形成后會(huì)有獨(dú)特的導(dǎo)電性能，如果我們?cè)赑N結(jié)上加正向電壓，，也就是我們俗稱的正向接法和正向偏置，是將正電壓接到P區(qū)，這個(gè)時(shí)候空間電荷區(qū)會(huì)變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇，從而形成擴(kuò)散電流，這個(gè)時(shí)候PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)，在我們電路組建時(shí)，都會(huì)加一個(gè)限流電阻，這個(gè)電阻是為了保護(hù)PN結(jié)不會(huì)擊穿。
如果我們?cè)赑N結(jié)接一個(gè)反向電壓， 那么空間電荷區(qū)就會(huì)變寬，阻止了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)， 這樣就有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流，因?yàn)檫@個(gè)漂移運(yùn)動(dòng)的電流很小，所以我們可以近似認(rèn)為是截止?fàn)顟B(tài)。
這個(gè)就是我們一直說的PN結(jié)具有單向?qū)щ娦�，�?jiǎn)單的說就是正接導(dǎo)通，反接截止。