采用不同的摻雜工藝,將P型半導體與N型半導體制作在同一塊硅片上,在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱PN結(jié).PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?
PN結(jié)：一塊單晶半導體中 ,一部分摻有受主雜質(zhì)是P型半導體,另一部分摻有施主雜質(zhì)是N型半導體時 ,P 型半導體和N型半導體的交界面附近的過渡區(qū)稱.PN結(jié)有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)兩種.用同一種半導體材料制成的 PN 結(jié)叫同質(zhì)結(jié) ,由禁帶寬度不同的兩種半導體材料制成的PN結(jié)叫異質(zhì)結(jié).制造PN結(jié)的方法有合金法、擴散法、離子注入法和外延生長法等.制造異質(zhì)結(jié)通常采用外延生長法.
在 P 型半導體中有許多帶正電荷的空穴和帶負電荷的電離雜質(zhì).在電場的作用下,空穴是可以移動的,而電離雜質(zhì)（離子）是固定不動的 .N 型半導體中有許多可動的負電子和固定的正離子.當P型和N型半導體接觸時,在界面附近空穴從P型半導體向N型半導體擴散,電子從N型半導體向P型半導體擴散.空穴和電子相遇而復合,載流子消失.因此在界面附近的結(jié)區(qū)中有一段距離缺少載流子,卻有分布在空間的帶電的固定離子,稱為空間電荷區(qū) .P 型半導體一邊的空間電荷是負離子 ,N 型半導體一邊的空間電荷是正離子.正負離子在界面附近產(chǎn)生電場,這電場阻止載流子進一步擴散 ,達到平衡.
在PN結(jié)上外加一電壓 ,如果P型一邊接正極 ,N型一邊接負極,電流便從P型一邊流向N型一邊,空穴和電子都向界面運動,使空間電荷區(qū)變窄,甚至消失,電流可以順利通過.如果N型一邊接外加電壓的正極,P型一邊接負極,則空穴和電子都向遠離界面的方向運動,使空間電荷區(qū)變寬,電流不能流過.這就是PN結(jié)的單向?qū)?
PN結(jié)加反向電壓時 ,空間電荷區(qū)變寬 ,區(qū)中電場增強.反向電壓增大到一定程度時,反向電流將突然增大.如果外電路不能限制電流,則電流會大到將PN結(jié)燒毀.反向電流突然增大時的電壓稱擊穿電壓.基本的擊穿機構(gòu)有兩種,即隧道擊穿和雪崩擊穿.
PN結(jié)加反向電壓時,空間電荷區(qū)中的正負電荷構(gòu)成一個電容性的器件.它的電容量隨外加電壓改變.
根據(jù)PN結(jié)的材料、摻雜分布、幾何結(jié)構(gòu)和偏置條件的不同,利用其基本特性可以制造多種功能的晶體二極管.如利用PN結(jié)單向?qū)щ娦钥梢灾谱髡鞫O管、檢波二極管和開關(guān)二極管,利用擊穿特性制作穩(wěn)壓二極管和雪崩二極管；利用高摻雜PN結(jié)隧道效應(yīng)制作隧道二極管；利用結(jié)電容隨外電壓變化效應(yīng)制作變?nèi)荻O管.使半導體的光電效應(yīng)與PN結(jié)相結(jié)合還可以制作多種光電器件.如利用前向偏置異質(zhì)結(jié)的載流子注入與復合可以制造半導體激光二極管與半導體發(fā)光二極管；利用光輻射對PN結(jié)反向電流的調(diào)制作用可以制成光電探測器；利用光生伏特效應(yīng)可制成太陽電池.此外,利用兩個PN結(jié)之間的相互作用可以產(chǎn)生放大,振蕩等多種電子功能 .PN結(jié)是構(gòu)成雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管的核心,是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ).