耗盡層，即 PN 結(jié)中載流子數(shù)量極少的高電阻區(qū)域，其形成受到漂移運動與擴散作用的雙重影響。該區(qū)域的寬度受多種因素制約，包括材料本身的特性、溫度以及偏置電壓的大小。
需要注意的是，耗盡層也被稱為耗盡區(qū)、阻擋層或勢壘區(qū)。現(xiàn)代半導(dǎo)體電子器件，如二極管、雙極結(jié)型晶體管、場效應(yīng)晶體管和可變電容二極管，都依賴于耗盡區(qū)現(xiàn)象。
從空間電荷區(qū)的角度來看，其同樣是由自由電子的擴散運動以及內(nèi)電場導(dǎo)致的漂移運動共同作用，在 PN 結(jié)中間部位（P 區(qū)與 N 區(qū)交界面）形成的一個薄電荷區(qū)。這個表面電荷層由載流子被電場排斥到體內(nèi)后，未被補償?shù)碾x化雜質(zhì)電荷構(gòu)成。由于離化雜質(zhì)電荷是固定不動的空間電荷，因此所形成的表面電荷層被稱為空間電荷區(qū)。
空間電荷區(qū)中存在電場和電勢變化。電勢變化取決于半導(dǎo)體中雜質(zhì)的分布情況，而空間電荷區(qū)的寬度則取決于半導(dǎo)體的雜質(zhì)濃度。摻雜濃度越高，對應(yīng)的空間電荷區(qū)寬度就越窄。此外，空間電荷區(qū)的寬度還受外加電壓的控制。當外加電壓方向增強空間電荷區(qū)電場時，空間電荷區(qū)會變寬；反之，當外加電壓削弱空間電荷區(qū)電場時，空間電荷區(qū)則會變窄。利用空間電荷區(qū)寬度隨外加電壓變化的特性，可以制作各種半導(dǎo)體器件。
耗盡層的形成過程具有以下特性：
當 P 型半導(dǎo)體與 N 型半導(dǎo)體結(jié)合時，交界面處存在載流子濃度差異，電子和空穴會從濃度高的地方向濃度低的地方擴散。電子和空穴帶電，其擴散導(dǎo)致 P 區(qū)和 N 區(qū)原本的電中性條件被破壞。P 區(qū)一側(cè)因失去空穴而留下不能移動的負離子，N 區(qū)一側(cè)因失去電子而留下不能移動的正離子。這些不能移動的帶電粒子稱為空間電荷，集中在 P 區(qū)和 N 區(qū)交界面附近，形成空間電荷區(qū)，即 PN 結(jié)。
在這個區(qū)域內(nèi)，多數(shù)載流子已擴散到對方并復(fù)合，因此空間電荷區(qū)又被稱為耗盡層。P 區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)負電荷，N 區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)正電荷，從而出現(xiàn)方向由 N 區(qū)指向 P 區(qū)的電場。這個電場由載流子擴散運動形成，而非外加電壓形成，故稱為內(nèi)電場。內(nèi)電場的建立會帶來兩種影響：一是內(nèi)電場阻礙多子的擴散，二是 P 區(qū)和 N 區(qū)的少子一旦靠近 PN 結(jié)，便在內(nèi)電場作用下漂移到對方，使空間電荷區(qū)變窄。擴散運動使空間電荷區(qū)加寬、內(nèi)電場增強，有利于少子的漂移而不利于多子的擴散；漂移運動則使空間電荷區(qū)變窄、內(nèi)電場減弱，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移。當擴散運動和漂移運動達到動態(tài)平衡時，交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，即 PN 結(jié)處于動態(tài)平衡。
耗盡層近似：簡化計算的關(guān)鍵方法
耗盡層近似是半導(dǎo)體物理中的一個重要概念，主要用于簡化計算。在半導(dǎo)體勢壘區(qū)中，載流子濃度遠低于兩側(cè)多子濃度且雜質(zhì)全部電離，故空間電荷幾乎完全由電離的施主和受主雜質(zhì)的電荷形成。為簡化計算，假設(shè)整個勢壘區(qū)的載流子耗盡，這就是耗盡層近似。
具體而言，耗盡層近似適用于載流子濃度極低，可忽略不計的區(qū)域。在 PN 結(jié)或其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，當偏置條件使得勢壘區(qū)內(nèi)的載流子幾乎完全耗盡時，就可以應(yīng)用這個近似。通過耗盡層近似，研究者能夠更加方便地分析和計算半導(dǎo)體器件的行為，從而提高研究效率。
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