二極管PN結形成

我們上一次說了將半導體制作成本征半導體的目的就是為了能有效的控制半導體的特性為我們所用，那我們今天就來講一下我們用本征半導體能做成什么東西。
首先接觸過電子行業(yè)的人都會知道，我們電路是由電子元器件構成的，而電子元器件中最基礎的元器件莫過于電阻、電容、電感、二極管、三極管等等。
而其中的二極管和三極管我們可以使用本征半導體進行加工后制作而成，首先我們知道二極管簡單來說就是一個PN結，而三極管相當于兩個PN結，所以我們如果想要得到二極管或者三極管，那么我們首先要制作出PN結。
我們上次說了本征半導體是可控的，所以我們可以在本征半導體內摻入一定的雜質，從而形成我們需要的P型半導體和N型半導體，我們可以將這類型的半導體稱為雜質半導體。
那么就肯定有人要問，要怎么操作才能得到P型半導體和N型半導體。
如果我們要得到一個N型半導體，那么我們一般是在本征半導體內摻入5價的元素，一般我們使用的是磷（P）元素，摻入磷元素后，在形成共價鍵后，周圍還多出一個自由電子，如下圖所示：


N型半導體
你摻入的磷元素越多，自由電子剩余的越多，也就是自由電子的濃度越大，這樣我們就可以制作出我們可以控制的N型半導體。
而如果你要制作P型半導體，那么就要在本征半導體內摻入3價的元素，一般我們是摻入硼元素（B），你摻入一個硼元素，那么就會多出一個空穴，如下圖所示：


P型半導體
同理，你摻入的元素越多，空穴濃度也就會相應的提高，摻入一定數量的元素后你就可以得到一個可控的P型半導體。
有了P型半導體和N型半導體，我們就可以采用自然界中的一個擴散運動來制作成PN結，所謂的擴散運動就是我們自然界中的所有物質都有一個特性，那就是會因為濃度差而產生從濃度高的地方往濃度低的地方運動，稱為擴散運動。
我們的PN結主要原理就是采用擴散運動來實現的，我們是在一個材料上，采用擴散的工藝得到一個P區(qū)，然后在同一個材料上，用擴散的工藝得到一個N區(qū)，如下圖所示：

PN結內部結構
我們可以看到P區(qū)空穴的濃度高于N區(qū)，而N區(qū)的自由電子濃度高于P區(qū)，這樣就會產生空穴由P向N擴散，自由電子由N向P擴散，從而導致的結果就是在接觸面的地方P區(qū)會缺少空穴，而N區(qū)會缺少自由電子，這樣在接觸面附近就剩下不能移動的離子存在了，也就會構成內電場，內電場形成后會阻止擴散運動的進行；而且內電場會讓空穴從N區(qū)向P區(qū)運動，自由電子會從P區(qū)向N區(qū)運動。
經過擴散運動和內電場的漂移運動產生的結果，會產生一個空間電荷區(qū)，當參與擴散運動和漂移運動的載流子數目相同后，我們稱之為動態(tài)平衡后（簡單來說就是自由電子從N區(qū)到P區(qū)數量和從P區(qū)回N區(qū)的數量相同，且空穴從P區(qū)移動到N區(qū)的數量和N區(qū)回到P區(qū)的數量相等時），那么就會形成一個PN結，如下圖所示。

PN結形成
PN結形成后會有獨特的導電性能，如果我們在PN結上加正向電壓，，也就是我們俗稱的正向接法和正向偏置，是將正電壓接到P區(qū)，這個時候空間電荷區(qū)會變窄，擴散運動會加劇，從而形成擴散電流，這個時候PN結處于導通狀態(tài)，在我們電路組建時，都會加一個限流電阻，這個電阻是為了保護PN結不會擊穿。
如果我們在PN結接一個反向電壓， 那么空間電荷區(qū)就會變寬，阻止了擴散運動， 這樣就有利于漂移運動，形成漂移電流，因為這個漂移運動的電流很小，所以我們可以近似認為是截止狀態(tài)。
這個就是我們一直說的PN結具有單向導電性，簡單的說就是正接導通，反接截止。