PN結的基本結構

半導體器件有四種基本結構，而PN結無疑是最常見，也是最重要的結構。

PN結的基本結構

PN結由P型半導體和N型半導體組成，為方便起見，考慮理想的均勻摻雜，并且P區和N區的交界處雜質濃度突變。考慮完全電離的情況，P區多子為空穴，N區多子為電子，空穴和電子濃度就等于摻雜濃度，這時候對于P區和N區都是電中性的。

在交界面處，電子和空穴就有一個很大的濃度梯度，由于兩邊載流子濃度不同，N區電子會向P區擴散，P區空穴會向N區擴散，電子和空穴的擴散破壞了N區和P區的電中性，N區失去了電子，施主離子帶正電；P區失去空穴，受主離子帶負電。正負電荷之間會產生電場，由N區指向P區，稱為內建電場，電子受這個電場力的影響會向N區移動。

由于濃度梯度的存在，多數載流子受到了一個”擴散力“，產生擴散電流，隨著載流子的擴散，濃度梯度逐漸變小，擴散力降低，同時內建電場的建立，電場力逐漸增加，產生漂移電流，由于兩個力方向相反，最終會達到一個穩定的動態平衡狀態，擴散電流和漂移電流相互抵消，此時流過PN結的凈電流為零。

在PN結交界處的凈正電荷和凈負電荷區域，這兩個區域稱為空間電荷區，由于內建電場的作用，電子和空穴會被掃出空間電荷區，里面沒有可移動的電荷，所以也被稱為耗盡區。后面研究能帶圖時，還會看到載流子在通過耗盡區時相當于越過一個勢壘，所以耗盡區也可以稱為勢壘區。

在平衡態的PN結兩端外加電壓，就會破壞擴散力和電場力的平衡。正偏時，外加電場會抵消內建電場，此時擴散作用占優，P區的空穴和N區的電子就容易擴散至另一邊，形成源源不斷的擴散電流，由于兩邊的濃度梯度很大，所以PN結正偏電流很大。反偏時，外加電場和內建電場疊加，會進一步減小擴散作用，由于耗盡區載流子濃度很低，漂移電流很小，所以PN結反偏電流很小。