耗盡層是什么？PN結(jié)、耗盡層圖文分析-KIA MOS管

PN結(jié)基本概念：半導(dǎo)體材料一側(cè)摻入受主雜質(zhì)（提供空穴），另一側(cè)摻入施主雜質(zhì)（提供電子）所形成的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為PN結(jié)。

耗盡層，是指PN結(jié)中在漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散作用的雙重影響下載流子數(shù)量非常少的一個(gè)高電阻區(qū)域。耗盡層的寬度與材料本身性質(zhì)、溫度以及偏置電壓的大小有關(guān)。

耗盡層（depletion region），又稱(chēng)耗盡區(qū)、阻擋層、勢(shì)壘區(qū)（barrier region），是指PN結(jié)中在漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散作用的雙重影響下載流子數(shù)量非常少的一個(gè)高電阻區(qū)域。耗盡層的寬度與材料本身性質(zhì)、溫度以及偏置電壓的大小有關(guān)。

耗盡區(qū)的命名，因?yàn)樗怯蓪?dǎo)電區(qū)域通過(guò)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(qū)是解釋現(xiàn)代半導(dǎo)體電子器件的關(guān)鍵：二極管，雙極結(jié)型晶體管，場(chǎng)效應(yīng)晶體管和可變電容二極管都依賴(lài)于耗盡區(qū)現(xiàn)象。

PN結(jié)的形成

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(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，我們稱(chēng)兩種半導(dǎo)體的交界面附近的區(qū)域?yàn)镻N結(jié)。

在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合后，由于N型區(qū)內(nèi)自由電子為多子，空穴幾乎為零稱(chēng)為少子，而P型區(qū)內(nèi)空穴為多子，自由電子為少子，在它們的交界處就出現(xiàn)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(qū)向P型區(qū)擴(kuò)散，也有一些空穴要從P型區(qū)向N型區(qū)擴(kuò)散。

它們擴(kuò)散的結(jié)果就使P區(qū)一邊失去空穴，留下了帶負(fù)電的雜質(zhì)離子，N區(qū)一邊失去電子，留下了帶正電的雜質(zhì)離子。開(kāi)路中半導(dǎo)體中的離子不能任意移動(dòng)，因此不參與導(dǎo)電。這些不能移動(dòng)的帶電粒子在P和N區(qū)交界面附近，形成了一個(gè)空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)的薄厚和摻雜物濃度有關(guān)。

在空間電荷區(qū)形成后，由于正負(fù)電荷之間的相互作用，在空間電荷區(qū)形成了內(nèi)電場(chǎng)，其方向是從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)。顯然，這個(gè)電場(chǎng)的方向與載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反，阻止擴(kuò)散。

另一方面，這個(gè)電場(chǎng)將使N區(qū)的少數(shù)載流子空穴向P區(qū)漂移，使P區(qū)的少數(shù)載流子電子向N區(qū)漂移，漂移運(yùn)動(dòng)的方向正好與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反。從N區(qū)漂移到P區(qū)的空穴補(bǔ)充了原來(lái)交界面上P區(qū)所失去的空穴，從P區(qū)漂移到N區(qū)的電子補(bǔ)充了原來(lái)交界面上N區(qū)所失去的電子，這就使空間電荷減少，內(nèi)電場(chǎng)減弱。因此，漂移運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是使空間電荷區(qū)變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。

最后，多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的結(jié)合面兩側(cè)，留下離子薄層，這個(gè)離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱(chēng)為PN結(jié)。PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)方向由N區(qū)指向P區(qū)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱(chēng)耗盡層。

能帶上，通常這么表示：

pn結(jié)的空間電荷區(qū)中存在有較強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)，其中的載流子基本上都被該內(nèi)建電場(chǎng)驅(qū)趕出去了，因此，通常可以認(rèn)為空間電荷區(qū)中的電荷幾乎完全是由電離雜質(zhì)中心所提供的，即主要是電離的施主和受主雜質(zhì)中心的電荷，這種空間電荷區(qū)就稱(chēng)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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