pn结的形成/多晶硅中PN结是怎样形成的？

一、PN结及其形成过程　　
在杂质半导体中， 正负电荷数是相等的，它们的作用相互抵消，因此保持电中性。　
　1、载流子的浓度差产生的多子的扩散运动　　在P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差，N型区内的电子很多而空穴很少，P型区内的空穴而电子很少，这样电子和空穴很多都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，因此，有些电子要从N型区向P型区扩散， 也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。

　　2、电子和空穴的复合形成了空间电荷区　　电子和空穴带有相反的电荷，它们在扩散过程中要产生复合（中和），结果使P区和N区中原来的电中性被破坏。 P区失去空穴留下带负电的离子，N区失去电子留下带正电的离子， 这些离子因物质结构的关系，它们不能移动，因此称为空间电荷，它们集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是所谓的PN结。　

　3、空间电荷区产生的内电场E又阻止多子的扩散运动　　在空间电荷区后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区中形成一个电场，其方向从带正电的N区指向带负电的P区，由于该电场是由载流子扩散后在半导体内部形成的，故称为内电场。因为内电场的方向与电子的扩散方向相同，与空穴的扩散方向相反，所以它是阻止载流子的扩散运动的。综上所述，PN结中存在着两种载流子的运动。一种是多子克服电场的阻力的扩散运动；另一种是少子在内电场的作用下产生的漂移运动。因此，只有当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区的宽度和内建电场才能相对稳定。由于两种运动产生的电流方向相反，因而在无外电场或其他因素激励时，PN结中无宏观电流。

上大学时贪玩，对于电路，模拟电子，数字电子，高频，电子测量以及信号与系统等等课程可以用没学来形容。目前主要从事单片机程序的开发，偶尔也设计一下简单的电路，在与他人交流时发现，原来那些基础非常之重要，让自己感到非常的愧疚，一直以来想恶补一下，忙乱中看了看运放的基础知识，发现还是不够底层，才发现还需要从PN结，二极管，三极管学起。一直很纳闷为什么有些东西在别人的脑子里就像1+1一样，而到自己这里却跟天书一样。一直以为是自己的记忆力衰退了，什么东西看过了，很快就忘记了，没有印象，但是又不愿意承认自己就是学不会模拟电子，硬是耐着性子继续看书，现在终于有点概念了，闭上眼睛知道哪个电子在往哪里跑，知道了什么叫N型半导体，什么叫P型半导体，知道了PN结的形成过程，知道了结电容的概念。

二、半导体所涉及到的概念：

1、本征激发：本征半导体共价键中的价电子在室温下获得足够的能量挣脱共价键的束缚成为自由电子的现象。本征激发产生电子—空穴对。

2、P型半导体：

P型半导体  在硅（或锗）晶体内掺入微量的三价元素硼B（或铟In、铝Al），就会多出许多空穴。这类半导体主要靠空穴导电叫P型半导体。在P型半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子，在外电场作用下， P型半导体中电流主要是空穴电流。

3、N型半导体：

N型半导体 在硅（或锗）晶体内掺入微量的五价元素磷P（或锑Sb、砷As），就会多出许多电子来导电。这是有少数空穴，但自由电子的浓度比空穴的浓度大得多，这类半导体主要靠电子导电叫N型半导体。在N型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，在外电场作用下， N型半导体中电流主要是电子电流。

4、PN结形成过程：

三、形成PN结的几种方法

在本章一开始就已讲过，PN结是半导体器件的心脏。它是根据杂质补偿原理，通过掺杂来得到的。具体形成PN结的方法有以下几种：

①、生长法

生长法又可分为单晶生长法和外延生长法两种。单晶生长法是最原始的方法。它的工艺过程大体是这样的：在生长单晶时，先在半导体中掺入施主型杂质，这样先生长出来的部分晶体是N型的，然后再掺入受主型杂质，它的浓度要远高于先掺入的施主型杂质，这样，后生长出来部分的晶体就成为P型。最早的面结型二极管是使用这种方法制成的。这种PN结的制造方法缺点很多，如工艺复杂、结面不平整、控制困难等，所以这种方法早已淘汰。外延生长法是大家比较熟悉并被普遍采用的一种方法。它是利用汽相淀积方法在P型的衬底上生长一层N型层，在制造双极型集成电路以及某些大功率晶体管中都采用这种方法。

②、合金法

这是早期普遍采用的PN结制造工艺。它是通过一种导电类型杂质的合金熔化后掺入到另一种导电类型的半导体中去，经过再结晶而形成的，所以叫合金法。这种方法的优点是工艺简单、成熟、引线焊接方便，是生产晶体管的基本工艺之一。但是，合金法也存在一些缺点，如结面不平整、结深和结面的大小不易控制、合金法制成的器件频率较低等。

③、扩散法

扩散法制造PN结是利用杂质在高温下向半导体内部扩散，使P型杂质进入N型半导体或N型杂质进入P型半导体来形成PN结的。扩散法形成PN结有很多优点，如能精确控制PN结的结深和结面积、结面平整、能精确控制杂质浓度等。所以，扩散法是目前最常用的一种制造PN结的方法。

④、离子注入法

扩散法虽然优点很多，但随着半导体器件的发展，对器件的要求也越来越高。扩散法形成PN的精度已不能满足某些器件的要求。其次，由于扩散是在1000℃左右的高温中进行的，所以晶体的晶格会受到破坏，晶格缺陷增多，使器件的电性能下降。另外，用扩散法制造结深较浅的PN结也有困难。

离子注入法是一种新工艺。这种方法是先把杂质原子变成电离的杂质离子。然后，杂质的离子流在极强的电场下高速地射向硅片，并进入硅片内部。电场强度越强，杂质离子射入硅片就越深。离子流密度越大，轰击硅片的时间越长，则进入硅片的杂质就越多。所以，适当控制电场强度、离子流密度和轰击时间，就可精确地得到所要求的结深和杂质浓度的PN结。另外，离子注入法还可以任意改变半导体内的杂质分布。

离子注入法的缺点是设备较复杂而且价格昂贵、生产效率比扩散法低、不适用制造结深较深的器件。但是，由于离子注入的独特优点而越来越受到人们的重视，所以在一些特殊要求的器件中，应用越来越广泛。