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(yùn)動(dòng)與擴(kuò)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(shì)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(chǎng)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(lái)看，其同樣是由自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)以及內(nèi)電場(chǎng)導(dǎo)致的漂移運(yùn)動(dòng)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(gè)薄電荷區(qū)。這個(gè)表面電荷層由載流子被電場(chǎng)排斥到體內(nèi)后，未被補(bǔ)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(dòng)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(chǎng)和電勢(shì)變化。電勢(shì)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(duì)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(dāng)外加電壓方向增強(qiáng)空間電荷區(qū)電場(chǎng)時(shí)，空間電荷區(qū)會(huì)變寬；反之，當(dāng)外加電壓削弱空間電荷區(qū)電場(chǎng)時(shí)，空間電荷區(qū)則會(huì)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(guò)程具有以下特性：
當(dāng) P 型半導(dǎo)體與 N 型半導(dǎo)體結(jié)合時(shí)，交界面處存在載流子濃度差異，電子和空穴會(huì)從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散。電子和空穴帶電，其擴(kuò)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(dòng)的負(fù)離子，N 區(qū)一側(cè)因失去電子而留下不能移動(dòng)的正離子。這些不能移動(dòng)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(gè)區(qū)域內(nèi)，多數(shù)載流子已擴(kuò)散到對(duì)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(fù)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(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)由載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成，而非外加電壓形成，故稱為內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)的建立會(huì)帶來(lái)兩種影響：一是內(nèi)電場(chǎng)阻礙多子的擴(kuò)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(chǎng)作用下漂移到對(duì)方，使空間電荷區(qū)變窄。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)加寬、內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散；漂移運(yùn)動(dòng)則使空間電荷區(qū)變窄、內(nèi)電場(chǎng)減弱，有利于多子的擴(kuò)散而不利于少子的漂移。當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，即 PN 結(jié)處于動(dòng)態(tài)平衡。
耗盡層近似：簡(jiǎn)化計(jì)算的關(guān)鍵方法
耗盡層近似是半導(dǎo)體物理中的一個(gè)重要概念，主要用于簡(jiǎn)化計(jì)算。在半導(dǎo)體勢(shì)壘區(qū)中，載流子濃度遠(yuǎn)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(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)整個(gè)勢(shì)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(jì)的區(qū)域。在 PN 結(jié)或其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，當(dāng)偏置條件使得勢(shì)壘區(qū)內(nèi)的載流子幾乎完全耗盡時(shí)，就可以應(yīng)用這個(gè)近似。通過(guò)耗盡層近似，研究者能夠更加方便地分析和計(jì)算半導(dǎo)體器件的行為，從而提高研究效率。
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