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10.6 : 半导体基础知识

当 p 型和 n 型半导体材料连接在一起时,就会形成 p-n 结。在 p-n 结的结点处, 在浓度梯度的作用下,来自 p 侧的空穴和来自 n 侧的电子开始向相反的两侧进行扩散。载流子的扩散会导致结周围出现一个没有自由电荷载流子的区域,并将这一区域称为耗尽区。n 侧和 p 侧耗尽区内的电荷密度可以用以下公式来进行表示:

Equation 1

其中,q 为基本电荷,N_D 和 N_A 分别为供体和受体的掺杂浓度。

耗尽区中的固定电荷产生一个从 n 侧指向 p 侧的电场(E),以此来阻止载流子进行进一步扩散。该电场会在结点处产生一个电位差,称为内建电压 (V_0),可通过以下公式来进行计算:

Equation 2

其中,V_T 为热电压,n_i 为本征载流子浓度。

p-n 结中存在两种类型的电流:由于载流子扩散而产生的扩散电流和由于电场而产生的漂移电流。在平衡状态下,扩散电流的大小等于漂移电流的大小,从而导致结点处没有净电流。在开路条件下则没有外部电流,耗尽层的内置电压则会平衡金属-半导体结点处的接触电位,从而导致两端的净电压为零。

内置势垒电压和耗尽区的宽度对结点的行为发挥着至关重要的作用。耗尽区的宽度决定了结点的电容,并且还影响着结点对外部电压的响应方式。

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P N JunctionP type SemiconductorN type SemiconductorDepletion RegionCharge CarriersElectric FieldBuilt in VoltageDiffusion CurrentDrift CurrentThermal VoltageIntrinsic Carrier ConcentrationEquilibrium CurrentCapacitance

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