首先是空穴的产生

首先是空穴的产生。当半导体内掺入硼原子后，相当于占据了一个硅原子（锗原子）的位置，因为硼原子最外层只有3个电子，当这些电子与周围硅原子（锗原子）形成共价键的时候，自然就空出一个位置。因此，周围的硅原子（锗原子）的电子很容易就可以跑到空出的位置上，从而形成空穴。所谓空穴的移动，其实是这些电子在移动，方向相反，我觉得这一点和导体内电流方向与自由电子移动相反差不多。

其次是PN结正负电荷的产生。先要说明扩散运动和漂移运动的区别。扩散运动指的是由于浓度的差异而引起的运动；而漂移运动则是指在电场作用下载流子的运动。当在P型半导体部分区域掺入磷原子或在N型半导体部分区域掺入硼原子之后，由于扩散运动电子和空穴会在交界处复合，磷原子失去电子变成正电荷，硼原子得到电子变成负电荷，形成内部电场阻止多子的扩散。

当加上正向电压（正偏）且大于0.5V时，在外电场的作用下，多子向PN

结运动，负电荷得到空穴中和，正电荷得到电子中和，因而PN结变窄，扩散运动较之前又会变强。同时，因为电源不断补充电子和空穴，使得多子的运动得以持续形成电流。

当加上反向电压（反偏）时，与内部电场方向一致，多子向PN结反方向移动使PN结变宽，只有少子的漂移运动，因为数目很少，所以形成的反向电流近乎于0，可认为阻断。要注意的是，若反向电压过大，则会导致击穿。原因是电场强制性地将电子拉出变成自由电子；而且当反向电流很大时发热也会很厉害，而半导体受温度影响很大，当温度升高时导电性会急剧增加。

PN结

采用不同的掺杂工艺,将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。

PN结

（PN junction）

一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是P型半导体，另一部分掺有施主杂质是N型半导体时，P 型半导体和N型半

导体的交界面附近的过渡区称。PN结有同质结和异质结两种。用同一种半导体材料制成的 PN 结叫同质结，由禁带宽度不

同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质

结通常采用外延生长法。

在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。N 型半导体

中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。P 型半导体一边的空间电荷是负离子，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。

在PN结上外加一电压，如果P型一边接正极，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界

面运动，使空间电荷区变窄，甚至消失，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和

电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导性。

PN结加反向电压时，空间电荷区变宽，区中电场增强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外

电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压。基本的击穿机构有两种，即隧

道击穿和雪崩击穿。 PN结加反向电压时，空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件。它的电容量随外加电压改变。

根据PN结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利用其基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。如利

用PN结单向导电性可以制作整流二极管、检波二极管和开关二极管，利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二极管；利用

高掺杂PN结隧道效应制作隧道二极管；利用结电容随外电压变化效应制作变容二极管。使半导体的光电效应与PN结相结

合还可以制作多种光电器件。如利用前向偏置异质结的载流子注入与复合可以制造半导体激光二极管与半导体发光二极

管；利用光辐射对PN结反向电流的调制作用可以制成光电探测器；利用光生伏特效应可制成太阳电池。此外，利用两个

PN结之间的相互作用可以产生放大，振荡等多种电子功能。PN结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心，是现代电

子技术的基础。在二级管中广泛应用。

PN结的平衡态,是指PN结内的温度均匀、稳定,没有外加电场、外加磁场、光照和辐射等外界因素的作用,宏观上达到稳定的平衡状态.

PN结的工作原理

PN结的形成

在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程: 因浓度差

↓

多子的扩散运动®由杂质离子形成空间电荷区

↓

空间电荷区形成形成内电场

↓ ↓

内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散

最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN 结的内电场方向由N区指向P区。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。

pn结工作原理

1.2.1 PN结的形成

在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:

因浓度差

↓

多子的扩散运动®由杂质离子形成空间电荷区

↓

空间电荷区形成形成内电场

↓↓

内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散

最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。PN结形成的过程可参阅图01.06。