A4 · 半导体基础

pn 结：自筑势垒的边界

把 n 型与 p 型贴合会发生什么？逐步观察多数载流子如何越界，留下的固定离子如何立起势垒、自行止住扩散。

跟随结走向平衡

左边是 p 型（空穴），右边是 n 型（电子）。逐步推进，看载流子越界、固定离子显露。净电流何时停止？

点击推进阶段。

平衡条件与势垒

Jdiff >> Jdrift

浓度差极大。空穴想往右、电子想往左越界。此时还没有势垒。

净扩散很大

n 侧电子极多，p 侧空穴极多。隔着边界，这浓度差太大，于是贴合的瞬间，电子涌向 p 侧、空穴涌向 n 侧。这正是 A3 中所见的扩散。

即使载流子越界，让出它们的掺杂原子仍被晶格固定、无法移动。如 A2 所见，让出电子的 n 侧施主成为正离子，接受空穴的 p 侧受主成为负离子。于是边界附近成为空了载流子、只剩固定电荷的耗尽层，两侧固定电荷之间立起一道指向 p 侧的内建电场。

观察Jdrift = Jdiff (Jnet = 0)

平衡时漂移与扩散恰好抵消。

选择Vbi = (kTq) ln(?)

内建电位正比于两侧掺杂之积除以 ni 平方的对数。

填空NA xp = ?

耗尽层两侧的固定电荷总量相等。

自己来Vbi = (kTq) ln(?)

掺杂越重，势垒越高。

内建电场把越界的载流子推回去。这种漂移与扩散反向生长，当两者大小也相等的那一刻，净电流降为零。这正是 A3 预告的抵消。此时耗尽层宽度与内建电位势垒 Vbi 不再增长而停下，其大小由两侧掺杂浓度决定。这道自筑势垒、止住扩散的边界，正是二极管的心脏。

刚接触时净扩散极大。载流子越界越多，固定离子越显露、内建电场越生长，这道势垒便以漂移把扩散推回。两者大小相等的那一刻，净电流为零，耗尽层与势垒停止生长。外界什么也没做，边界却自筑势垒、造出平衡。A2 的固定掺杂离子和 A3 的漂移、扩散抵消在此相遇，塑成二极管的心脏。

在 pn 结 中，多数载流子靠扩散越过边界，离去之处显露固定掺杂离子（n 侧为正，p 侧为负）。这固定电荷立起无载流子的耗尽层与内建电位势垒 Vbi。当势垒的漂移恰好抵消扩散时，便是净电流为零的平衡，且 Vbi = (kT/q) ln(NA ND / ni²)。

现在你手握势垒。下一组 B 将给这道势垒加外加电压。正向降低势垒，载流子涌入；反向抬高势垒，阻断流动。这种单向不对称，正是二极管的 I-V 曲线与整流作用。