pn结是由n型半导体和p型半导体的结合形成的。n型半导体中主要含有自由电子,而p型半导体中主要含有空穴。当它们连接时,会发生扩散和复合现象,从而形成了电势垒。
当在pn结中注入杂质时,会在p型半导体中形成额外的自由电子,从而使得p型半导体产生了少数载流子,即负离子。这些负离子会在电势垒处积聚,形成一个负电场。因此,pn结的p区域就带有负电荷。
对于pn结的n区域,由于杂质掺入,其杂质原子会释放出少量的电子。这些电子会向n区域移动,形成一个少量的自由电子浓度。同时,在pn结中存在的电场也会导致电子向n区域移动,因此n区带有一些负电荷。
综合考虑,pn结的p区附近带有负电荷,而n区附近带有正电荷,同时中间的电势垒处也存在一定的电荷。这种分布使得pn结具有一些独特的性质,比如可以作为整流器和二极管等元件的基础。
当外加电场存在时,会对pn结内部的电子流动产生一定的影响。在正向偏置时,外加电场会抵消pn结内部电场,因此少数载流子将会在两侧区域中移动。在反向偏置时,电场强度将变得更强,少数载流子的流动将会受到更大的限制,同时pn结的负电荷和正电荷也将会更加强烈地积聚在一起。