耗盡層和空間電荷區(qū),耗盡層近似詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2024-08-02
耗盡層，是指PN結中在漂移運動和擴散作用的雙重影響下載流子數(shù)量非常少的一個高電阻區(qū)域。耗盡層的寬度與材料本身性質、溫度以及偏置電壓的大小有關。
耗盡層（depletion region），又稱耗盡區(qū)、阻擋層、勢壘區(qū)（barrier region），是指PN結中在漂移運動和擴散作用的雙重影響下載流子數(shù)量非常少的一個高電阻區(qū)域。耗盡層的寬度與材料本身性質、溫度以及偏置電壓的大小有關。
耗盡區(qū)的命名，因為它是由導電區(qū)域通過除去所有自由電荷載體而形成的，而不留下任何電流。了解耗盡區(qū)是解釋現(xiàn)代半導體電子器件的關鍵，二極管，雙極結型晶體管，場效應晶體管和可變電容二極管都依賴于耗盡區(qū)現(xiàn)象。
空間電荷區(qū)也稱耗盡層，在PN結中，由于自由電子的擴散運動和內電場導致的漂移運動，使PN結中間的部位(P區(qū)和N區(qū)交界面)產生一個很薄的電荷區(qū)，這個表面電荷層是由于載流子被電場排斥到體內而顯露出未被補償?shù)碾x化雜質電荷所構成的。由于離化雜質電荷是固定不動的空間電荷，故所形成的表面電荷層為空間電荷區(qū)。
空間電荷區(qū)中存在電場和電勢變化.。電勢變化取決于半導體中雜質的分布情況，空間電荷區(qū)的寬度則取決于半導體的雜質濃度。摻雜濃度愈高，對應的空間電荷區(qū)寬度就愈窄。另外，空間電荷區(qū)的寬度還受外加電壓控制，當外加電壓方向增強空間電荷區(qū)電場時，空間電荷區(qū)展寬，反之，外加電壓削弱空間電荷區(qū)電場時，空間電荷區(qū)變窄。利用空間電荷區(qū)寬度隨外加電壓變化的特點， 可制作各種半導體器件。
特性
（1）當P型半導體和N型半導體結合在一起時，由于交界面處存在 載流子濃度的差異 ，這樣電子和空穴都要 從濃度高的地方向濃度低的地方擴散 。但是，電子和空穴都是帶電的，它們擴散的結果就使P區(qū)和N區(qū)中原來的電中性條件破壞了。P區(qū)一側因失去空穴而留下不能移動的負離子，N區(qū)一側因失去電子而留下不能移動的正離子。這些不能移動的帶電粒子通常稱為空間電荷 ，它們集中在P區(qū)和N區(qū)交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區(qū)，這就是我們所說的PN結 。
（2）在這個區(qū)域內，多數(shù)載流子已擴散到對方并復合掉了，或者說消耗殆盡了，因此，空間電荷區(qū)又稱為 耗盡層 。
（3）P區(qū)一側呈現(xiàn)負電荷，N區(qū)一側呈現(xiàn)正電荷，因此空間電荷區(qū)出現(xiàn)了方向由N區(qū)指向P區(qū)的電場，由于這個電場是載流子擴散運動形成的，而不是外加電壓形成的，故稱為 內電場 。
（4）內電場是由多子的擴散運動引起的，伴隨著它的建立將帶來兩種影響：一是 內電場將阻礙多子的擴散 ，二是P區(qū)和N區(qū)的少子一旦靠近PN結，便在內電場的作用下漂移到對方， 使空間電荷區(qū)變窄 。
（5）因此， 擴散運動使空間電荷區(qū)加寬，內電場增強，有利于少子的漂移而不利于多子的擴散；而漂移運動使空間電荷區(qū)變窄，內電場減弱，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移。當擴散運動和漂移運動達到動態(tài)平衡時，交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，即 PN結處于動態(tài)平衡。
耗盡層近似：半導體勢壘區(qū)中，載流子濃度遠低于兩側多子濃度且雜質全部電離，故空間電荷幾乎完全由電離的施主和受主雜質的電荷形成。為簡化計算，假設整個勢壘區(qū)的載流子耗盡，稱為耗盡層近似。
耗盡層近似是半導體物理中的一個概念，主要用于簡化計算。 在這個近似中，假設半導體勢壘區(qū)中的載流子濃度遠低于兩側多子的濃度，且雜質全部電離。因此，空間電荷幾乎完全由電離的施主和受主雜質的電荷形成。這種近似允許研究者假設整個勢壘區(qū)的載流子被耗盡，從而簡化了對半導體器件行為的分析和計算過程。
具體來說，耗盡層近似適用于那些載流子濃度非常低，以至于可以忽略不計的區(qū)域。在PN結或其他半導體結構中，當偏置條件使得勢壘區(qū)內的載流子幾乎完全耗盡時，就可以應用這個近似。
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