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IGBT模塊

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SKKQ800-18

P型半導體與N型半導體相互接觸時，其交界區(qū)域稱為PN結(jié)。P區(qū)中的自由空穴和N區(qū)中的自由電子要向?qū)Ψ絽^(qū)域擴散，造成正負電荷在PN 結(jié)兩側(cè)的積累，形成電偶極層(圖4 )。電偶極層中的電場方向正好阻止擴散的進行。當由于載流子數(shù)密度不等引起的擴散作用與電偶層中電場的作用達到平衡時，P區(qū)和N區(qū)之間形成一定的電勢差，稱為接觸電勢差。由于P 區(qū)中的空穴向N區(qū)擴散后與N區(qū)中的電子復合，而N區(qū)中的電子向P區(qū)擴散后與P 區(qū)中的空穴復合，這使電偶極層中自由載流子數(shù)減少而形成高阻層，故電偶極層也叫阻擋層，阻擋層的電阻值往往是組成PN結(jié)的半導體的原有阻值的幾十倍乃至幾百倍。
SKKT15

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，半導體整流管就是利用PN結(jié)的這一特性制成的。PN結(jié)的另一重要性質(zhì)是受到光照后能產(chǎn)生電動勢，稱光生伏打效應，可利用來制造光電池。半導體三極管、可控硅、PN結(jié)光敏器件和發(fā)光二極管等半導體器件均利用了PN結(jié)的特性。P端接電源的正極，N端接電源的負極稱之為PN結(jié)正偏。此時PN結(jié)如同一個開關(guān)合上，呈現(xiàn)很小的電阻，稱之為導通狀態(tài)。P端接電源的負極，N端接電源的正極稱之為PN結(jié)反偏，此時PN結(jié)處于截止狀態(tài)，如同開關(guān)打開。結(jié)電阻很大，當反向電壓加大到一定程度，PN結(jié)會發(fā)生擊穿而損壞。
SKKT27

施主原子帶來的價電子（valence electrons）大多會與被摻雜的材料原子產(chǎn)生共價鍵，進而被束縛。而沒有和被摻雜材料原子產(chǎn)生共價鍵的電子則會被施主原子微弱地束縛住，這個電子又稱為施主電子。和本質(zhì)半導體的價電子比起來，施主電子躍遷至傳導帶所需的能量較低，比較容易在半導體材料的晶格中移動，產(chǎn)生電流。雖然施主電子獲得能量會躍遷至傳導帶，但并不會和本質(zhì)半導體一樣留下一個電洞，施主原子在失去了電子后只會固定在半導體材料的晶格中。因此這種因為摻雜而獲得多余電子提供傳導的半導體稱為n型半導體（n-type semiconductor），n代表帶負電荷的電子。
SKKT42 SKKT42B SKKH42

以一個硅的本質(zhì)半導體來說明摻雜的影響。硅有四個價電子，常用于硅的摻雜物有三價與五價的元素。當只有三個價電子的三價元素如硼（boron）摻雜至硅半導體中時，硼扮演的即是受主的角色，摻雜了硼的硅半導體就是p型半導體。反過來說，如果五價元素如磷（phosphorus）摻雜至硅半導體時，磷扮演施主的角色，摻雜磷的硅半導體成為n型半導體。
一個半導體材料有可能先后摻雜施主與受主，而如何決定此外質(zhì)半導體為n型或p型必須視摻雜后的半導體中，受主帶來的電洞濃度較高或是施主帶來的電子濃度較高，亦即何者為此外質(zhì)半導體的“多數(shù)載子”（majority carrier）。和多數(shù)載子相對的是少數(shù)載子（minority carrier）。對于半導體元件的操作原理分析而言，少數(shù)載子在半導體中的行為有著非常重要的地位。
SKKT57 SKKT57B SKKH57

通常摻雜濃度越高，半導體的導電性就會變得越好，原因是能進入傳導帶的電子數(shù)量會隨著摻雜濃度提高而增加。摻雜濃度非常高的半導體會因為導電性接近金屬而被廣泛應用在今日的集成電路制程來取代部份金屬。高摻雜濃度通常會在n或是p后面附加一上標的“+”號，例如n代表摻雜濃度非常高的n型半導體，反之例如p則代表輕摻雜的p型半導體。需要特別說明的是即使摻雜濃度已經(jīng)高到讓半導體“退化”（degenerate）為導體，摻雜物的濃度和原本的半導體原子濃度比起來還是差距非常大。以一個有晶格結(jié)構(gòu)的硅本質(zhì)半導體而言，原子濃度大約是5×10 cm，而一般集成電路制程里的摻雜濃度約在10 cm至10 cm之間。