基本內容

(1)當P型半導體和N型半導體結合在一起時(shí)，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區和N區中原來(lái)的電中性條件破壞了。P區一側因失去空穴而留下不能移動(dòng)的負離子，N區一側因失去電子而留下不能移動(dòng)的正離子。這些不能移動(dòng)的帶電粒子通常稱(chēng)為空間電荷，它們集中在P區和N區交界面附近，形成了一個(gè)很薄的空間電荷區，這就是我們所說(shuō)的PN結。

(2)在這個(gè)區域內，多數載流子已擴散到對方并復合掉了，或者說(shuō)消耗殆盡了，因此，空間電荷區又稱(chēng)為耗盡層。

(3)P區一側呈現負電荷，N區一側呈現正電荷，因此空間電荷區出現了方向由N區指向P區的電場(chǎng)，由于這個(gè)電場(chǎng)是載流子擴散運動(dòng)形成的，而不是外加電壓形成的，故稱(chēng)為內電場(chǎng)。

(4)內電場(chǎng)是由多子的擴散運動(dòng)引起的，伴隨著(zhù)它的建立將帶來(lái)兩種影響：一是內電場(chǎng)將阻礙多子的擴散，二是P區和N區的少子一旦靠近PN結，便在內電場(chǎng)的作用下漂移到對方，使空間電荷區變窄。

(5)因此，擴散運動(dòng)使空間電荷區加寬，內電場(chǎng)增強，有利于少子的漂移而不利于多子的擴散；而漂移運動(dòng)使空間電荷區變窄，內電場(chǎng)減弱，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移。

當擴散運動(dòng)和漂移運動(dòng)達到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，交界面形成穩定的空間電荷區，即PN結處于動(dòng)態(tài)平衡。

物理學(xué)定義

這個(gè)表面電荷層是由于載流子被電場(chǎng)排斥到體內而顯露出未被補償的離化雜質(zhì)電荷所構成的。由于離化雜質(zhì)電荷是固定不動(dòng)的空間電荷，故所形成的表面電荷層為空間電荷區。

空間電荷區中存在電場(chǎng)和電勢變化.。電勢變化取決于半導體中雜質(zhì)的分布情況，空間電荷區的寬度則取決于半導體的雜質(zhì)濃度。摻雜濃度愈高，對應的空間電荷區寬度就愈窄。另外，空間電荷區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電場(chǎng)時(shí)，空間電荷區展寬，反之，外加電壓削弱空間電荷區電場(chǎng)時(shí)，空間電荷區變窄。利用空間電荷區寬度隨外加電壓變化的特點(diǎn)，可制作各種半導體器件。

太陽(yáng)電池中

太陽(yáng)電池(SolarCell)是一種利用光電(光生伏特)效應直接將太陽(yáng)輻射能轉換成電能的金屬半導體器件。所渭光電效應就是金屬半導體在光的照射下釋放出電子的現象。普通的太陽(yáng)電池由P型(空穴型)半導體及N型(電子型)半導體構成，其結構如圖所示。當P型半導體與N型半導體連接在一起時(shí)，在其交界處便要發(fā)生電子和空穴的擴散運動(dòng)?？昭ㄓ蒔區向N區擴散，電子則由N區向P區擴散，隨著(zhù)擴散的進(jìn)行，P區空穴減少，出現了一層帶負電的離子區，而N區電子減少，出現了一層帶正電的離子區；這樣在PN結的交界面附近形成了一個(gè)空間電荷區，即產(chǎn)生了一個(gè)內電場(chǎng)，或稱(chēng)為勢壘電場(chǎng)，其方向恰好與空穴及電子等載流子擴散運動(dòng)的方向相反，如圖6—12b所示，此間電荷區也稱(chēng)為阻擋層。

當太陽(yáng)光照到此PN結半導體器件上時(shí)，半導體內的原子由于接受太陽(yáng)輻射能而釋放了電子，并相應地產(chǎn)生了空穴，這些電子和空穴(也即帶正電和帶負電的載流子)的一部分，

在電場(chǎng)的作用下，分別聚集到區和P區，因而在器件內形成了一個(gè)與內電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)，稱(chēng)為光生電場(chǎng)，這樣的電場(chǎng)是作為電動(dòng)勢而持續存在的。如果將這個(gè)PN結半導體器件與外電路相連，便可產(chǎn)生電流，這就是太陽(yáng)電池的基本原理。

變化

當p-n結上加有正向電壓時(shí)，所產(chǎn)生電場(chǎng)的方向即與內建電場(chǎng)的方向相反，互相抵消，使得空間電荷區中的總電場(chǎng)有所降低，從而其中的正、負空間電荷也就有所減少，結果，空間電荷區的厚度也就減小了。相反，當p-n結上加有反向電壓時(shí)，所產(chǎn)生電場(chǎng)的方向即與內建電場(chǎng)的方向一致，互相增強，使得空間電荷區中的總電場(chǎng)有所提高，從而也就使得空間電荷區中的電荷增多、厚度增大了。

p-n結的單向導電性和擴散電容效應，也就是勢壘高度隨著(zhù)電壓而發(fā)生變化所產(chǎn)生的一種效應；而勢壘電容是勢壘區的厚度（空間電荷區的寬度）隨著(zhù)電壓而發(fā)生變化所產(chǎn)生的一種效應。由于勢壘厚度的變化（即空間電荷區的變化）是p-n結兩邊多數載流子的運動(dòng)所致，因此相應的勢壘電容在很高的頻率下也會(huì )起作用，往往是決定器件截止頻率的重要因素。

如果所加的正向電壓過(guò)高（例如超過(guò)1V）時(shí)，內建電場(chǎng)就完全被抵消了，空間電荷區也就不存在了，厚度變?yōu)?，這時(shí)p-n結也就失效了。當然，若在回路（例如開(kāi)關(guān)電路）中接有適當的電阻，限制了電流，雖然p-n結不會(huì )損壞，但是通過(guò)的電流已經(jīng)不再是受到勢壘限制的那樣隨著(zhù)電壓而指數式上升的電流了。因此，只要是能夠正常進(jìn)行整流、檢波等工作的p-n結，其中就必將具有一定厚度的空間電荷區。