(1) p-n结空间电荷区

 

        空间电荷和内建电场：p-n结空间电荷区是由于p-n结两边的多数载流子往对方注入、并扩散所形成的。它是由正、负电荷构成的一个电偶极层，其中存在较强的所谓内建电场（对Si/p-n结，相应的内建电压大约为1V上下）。内建电场的作用就是阻挡两边的多数载流子进一步往对方扩散；达到平衡时，p-n结空间电荷区也就有一定的厚度。因此，空间电荷越多，内建电场越强，空间电荷区的厚度也就越大。反之，空间电荷区中的电场越弱，其中的电荷也就必然越少，空间电荷区的厚度也就越薄。

        p-n结势垒区：因为p-n结空间电荷区中的电场对于两边的多数载流子而言，起着阻挡其往对方运动的作用，故也称p-n结空间电荷区为p-n结势垒区。势垒区的厚度也就是空间电荷区的宽度；势垒的高度就反映了势垒区中内建电场的大小。

        这里讲的普通p-n结，其空间电荷区与势垒区是相同的。但是对于特殊的pin结，它的空间电荷区与势垒区是不相同的（整个i型区都是势垒区），因为势垒区是存在电场的区域，而势垒区中却不一定有空间电荷。

        耗尽层近似：由于p-n结空间电荷区中存在较强的内建电场，则其中的载流子基本上都被驱赶出去了，因此可近似认为p-n结空间电荷区也就是不存在载流子的所谓“耗尽层”。在耗尽层近似下，势垒的厚度和高度将基本上决定于其中的掺杂浓度或者Fermi能级的位置。当掺杂浓度提高时，势垒高度将增高、势垒厚度将减薄；当温度升高时，势垒高度将降低、势垒厚度也将减薄。

        p-n结空间电荷区可以说是p-n结的心脏，没有这个空间电荷区，p-n结也就不会有单向导电性和势垒电容等效应，即将失去了p-n结的功能。总之，p-n结的空间电荷区也就是势垒区，p-n结空间电荷区可近似为耗尽层。

 

(2) p-n结空间电荷区的变化

 

        当p-n结上加有正向电压时，所产生电场的方向即与内建电场的方向相反，互相抵消，使得空间电荷区中的总电场有所降低，从而其中的正、负空间电荷也就有所减少，结果，空间电荷区的厚度也就减小了。相反，当p-n结上加有反向电压时，所产生电场的方向即与内建电场的方向一致，互相增强，使得空间电荷区中的总电场有所提高，从而也就使得空间电荷区中的电荷增多、厚度增大了。

        p-n结的单向导电性和扩散电容效应，也就是势垒高度随着电压而发生变化所产生的一种效应；而势垒电容是势垒区的厚度（空间电荷区的宽度）随着电压而发生变化所产生的一种效应。由于势垒厚度的变化（即空间电荷区的变化）是p-n结两边多数载流子的运动所致，因此相应的势垒电容在很高的频率下也会起作用，往往是决定器件截止频率的重要因素。

        如果所加的正向电压过高（例如超过1V）时，内建电场就完全被抵消了，空间电荷区也就不存在了，厚度变为0，这时p-n结也就失效了。当然，若在回路（例如开关电路）中接有适当的电阻，限制了电流，虽然p-n结不会损坏，但是通过的电流已经不再是受到势垒限制的那样随着电压而指数式上升的电流了。因此，只要是能够正常进行整流、检波等工作的p-n结，其中就必将具有一定厚度的空间电荷区。

 

(3) p-n结的扩散区

 

        但是值得注意，在p-n结空间电荷区两边（都是电中性区）的区域——扩散区，也并非不起作用，实际上还往往起着很大的作用。

        因为在p-n结上加有电压时（外加电压基本上都加在空间电荷区上），即将要向两边注入载流子（正偏时），或者从两边抽出载流子（反偏时），也就是说，这时在p-n结空间电荷区的两边将发生非平衡少数载流子的注入或抽出，并从而产生大的正向扩散电流和小的反向扩散电流——单向导电性。可见，p-n结空间电荷区两边的电中性区（主要是少数载流子的扩散区范围）是决定通过p-n结电流大小的关键区域。

        同时，p-n结的扩散电容也是p-n结空间电荷区两边的少数载流子扩散区所呈现出的一种电容，则是少数载流子电容，故在高频下不起作用。

 

(4) p-n结空间电荷区中的杂质、缺陷的影响

 

        在p-n结空间电荷区中的杂质和缺陷——复合-产生中心，对p-n结的电流也有一定的影响。

        在p-n结正偏时，这些杂质和缺陷中心起复合载流子的作用，将额外提供少量的复合电流（在低电压时显著）；在反偏时，这些杂质和缺陷中心起产生载流子的作用，将额外提供少量的产生电流（致使p-n结电流不饱和）。

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