耗盡層是什么？PN結、耗盡層圖文分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2024-01-31
PN結基本概念：半導體材料一側摻入受主雜質（提供空穴），另一側摻入施主雜質（提供電子）所形成的結構稱為PN結。
耗盡層，是指PN結中在漂移運動和擴散作用的雙重影響下載流子數量非常少的一個高電阻區域。耗盡層的寬度與材料本身性質、溫度以及偏置電壓的大小有關。
耗盡層（depletion region），又稱耗盡區、阻擋層、勢壘區（barrier region），是指PN結中在漂移運動和擴散作用的雙重影響下載流子數量非常少的一個高電阻區域。耗盡層的寬度與材料本身性質、溫度以及偏置電壓的大小有關。
耗盡區的命名，因為它是由導電區域通過除去所有自由電荷載體而形成的，而不留下任何電流。了解耗盡區是解釋現代半導體電子器件的關鍵：二極管，雙極結型晶體管，場效應晶體管和可變電容二極管都依賴于耗盡區現象。
在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導體，另一邊形成P型半導體，我們稱兩種半導體的交界面附近的區域為PN結。
在P型半導體和N型半導體結合后，由于N型區內自由電子為多子，空穴幾乎為零稱為少子，而P型區內空穴為多子，自由電子為少子，在它們的交界處就出現了電子和空穴的濃度差。由于自由電子和空穴濃度差的原因，有一些電子從N型區向P型區擴散，也有一些空穴要從P型區向N型區擴散。
它們擴散的結果就使P區一邊失去空穴，留下了帶負電的雜質離子，N區一邊失去電子，留下了帶正電的雜質離子。開路中半導體中的離子不能任意移動，因此不參與導電。這些不能移動的帶電粒子在P和N區交界面附近，形成了一個空間電荷區，空間電荷區的薄厚和摻雜物濃度有關。
在空間電荷區形成后，由于正負電荷之間的相互作用，在空間電荷區形成了內電場，其方向是從帶正電的N區指向帶負電的P區。顯然，這個電場的方向與載流子擴散運動的方向相反，阻止擴散。
另一方面，這個電場將使N區的少數載流子空穴向P區漂移，使P區的少數載流子電子向N區漂移，漂移運動的方向正好與擴散運動的方向相反。從N區漂移到P區的空穴補充了原來交界面上P區所失去的空穴，從P區漂移到N區的電子補充了原來交界面上N區所失去的電子，這就使空間電荷減少，內電場減弱。因此，漂移運動的結果是使空間電荷區變窄，擴散運動加強。
最后，多子的擴散和少子的漂移達到動態平衡。在P型半導體和N型半導體的結合面兩側，留下離子薄層，這個離子薄層形成的空間電荷區稱為PN結。PN結的內電場方向由N區指向P區。在空間電荷區，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。
能帶上，通常這么表示：
pn結的空間電荷區中存在有較強的內建電場，其中的載流子基本上都被該內建電場驅趕出去了，因此，通常可以認為空間電荷區中的電荷幾乎完全是由電離雜質中心所提供的，即主要是電離的施主和受主雜質中心的電荷，這種空間電荷區就稱為耗盡層（意即其中的載流子——電子和空穴都被耗盡了）。
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