如果把五价元素砷掺入锗晶体中,砷原子中有5个价电于,它和四个锗原子的价电子组成共价键后,留下一个剩余电子,这个剩余电子就在晶体中到处游荡,在外电场作用下形成定向电子流。掺入少量的砷杂质就会产生大量的剩余电子,所以称这种半导体为电子型半导体或N型半导体。在这种半导体中有剩余电子,这时电子是多数载流子,而空穴是少数载流子。因为砷是施给剩余电子的杂质,所以叫做施主杂质。
如果没有外电场的作用,不论N型或P型半导体,它们的载流子运动是无规则的,因此,不会形成电流 。
把一块P型半导休和N型半导体紧密联接在一起时(实际上只能用化学方法将两个原来独立的锗片合在一起).就会发现一个奇怪的现象,即在它们的两端加上适当的电压时,会产生单向导电观象。因为这时在它们的交界面上形成了一个所谓P—N结的结构,单向导电现象就发生在这一薄薄的P—N结中。P—N结是晶体管的基础,它是由扩散形成的。
我们知道,P型半导体内空穴是多数载流子,即空穴的浓度大;而N型半导体内电子是多数载流予,电子的浓度大。二者接触之后,由于在P型区和N型区内电子浓度不同,N型区的电子多,就向P型区扩散,扩散的结果如图1—4(b)所示。N型区薄层I中部分电子扩散到P型区去,薄层I便因失去电于而带正电。另一方面,P型区的空穴多,也会向空穴浓度小的N型区扩散,结果一部分空穴从薄层I向P(型区扩散,使薄层Ⅱ带负电。
电于和空穴的扩散是同时进行的,总的结果,P型区薄层Ⅱ流走了空灾,流进了电子,所以带负电,而N型区的薄层I流走了电子,流进了空穴,因而带正电,而且随着扩散现象的继续进行,薄层逐渐变厚,所带的电量也逐渐增加。不过,这种扩散现象不会无休止的进行下去;当扩散进行到一定程度后,薄层Ⅱ带了很多负电,从N型区向P型区扩散的电子总数因电子受到它的排斥不再继续增加;同样道理,从P型区向N型区扩散的空灾总数也不再增加。于是扩散似乎不再继续,而达到所谓“动态平衡状态”。这时P—N结也就形成了。
所谓P—N结,就是指薄层I和Ⅱ所构成的带电结构。因为它能阻止电子和空穴的继续扩散,所以也叫阻挡层。它们之间的电位差一般称势垒或位垒。
我们用图来阐明P—N结的单向导电性能。依照图示方法,将P型区接电池正极,N型区接负极。向右调动电位器,使加到P—N结构端的电压逐颓增高,就会发现:当
