PN结空间电荷区宽度详解：从掺杂浓度到外加电压的影响
PN结空间电荷区宽度详解：从掺杂浓度到外加电压的影响
为什么掺杂浓度高空间电荷区窄，掺杂浓度低空间电荷区宽？
首先我们需要理解空间电荷区的形成机制。空间电荷区是P区的空穴和N区的电子复合后形成的一个区域，在这个区域内几乎没有可自由移动的载流子。靠近P区的一侧形成负离子区，靠近N区的一侧形成正离子区。空间电荷区的形成消耗的空穴和电子数量是相等的。
为了便于理解，我们假设P区的掺杂浓度高于N区。这意味着在相同的横向长度下，P区能提供的空穴数量多于N区提供的电子数量。因此，为了形成相同数量的复合载流子，P区需要的宽度小于N区。这解释了为什么掺杂浓度高的区域空间电荷区窄，而掺杂浓度低的区域空间电荷区宽。
没有外加电压时扩散运动和漂移运动的影响
在没有外加电压的情况下，扩散运动和漂移运动都非常微弱，但两者达到平衡状态从而形成PN结。这种平衡状态下，P区剩余负离子形成负离子区，N区剩余正离子形成正离子区。扩散运动促使更多的多子（P区的空穴和N区的电子）进行复合，这会导致空间电荷区变宽，内建电场增强。相反，漂移运动则会使空间电荷区变窄，内建电场减弱。
外加正向电压时的情况
当外加正向电压时，扩散运动增强而漂移运动减弱。虽然扩散运动增强可能会让人误以为空间电荷区会变宽，但实际上并非如此。在没有外加电场的情况下，扩散运动和漂移运动都很微弱，但外加正向电压后，扩散电流显著增大。此时电子流动速度加快，与空穴复合的机会减少，因此空间电荷区（耗尽区）会变窄。
外加反向电压时的情况
外加反向电压时的情况与正向电压完全不同。反向电压会抑制扩散运动并增强漂移运动。虽然漂移运动通常会使空间电荷区变窄，但在这个情况下，这种想法是错误的。
事实上，在外加反向电压的作用下，P区的空穴几乎无法到达N区，同样N区的电子也无法到达P区。反向电压起主导作用，扩散运动被抑制，漂移运动加剧，导致空间电荷区变宽。这是因为反向电压作用下，几乎没有电子和空穴越过PN结，而是进行相反方向的运动：N区的电子向远离PN结的方向移动，留下正离子；P区的空穴也向远离PN结的方向移动，留下负离子。因此，加反向电压时，空间电荷区变宽，且反向电压越大，空间电荷区越宽。
这也很好地解释了PN结的单向导电性。