长治学院学报
2017 年 10 月 长治学院学报 Oct. 熏2017
第 34 卷 第 5 期 JournalofChangzhiUniversityVol.34熏No.5
收稿日期
：
2017—06—11
作者简介
：
赵丹梅
（
1990— ），女 ，山西长治人，硕士研究生，助教
，主要从事微电子学的相关研究。
MatlabGUI 在 PN 结空间电荷区相关计算中的应用
赵丹梅
（长治学院电子信息与物理系
，山西
长治 046011）
摘 要
：
文章使用 matlab 用户图形界面设计了一个计算和分析 PN 结空间电荷区宽度的可视化界面
。
通过分析 PN 结的形成，从理论上给出空间电荷区宽度的计算公式
，讨论了影响空间电荷区宽度的因素，最
终得到影响 PN 结空间电荷区宽度的主要因素为 P 区和 N 区的掺杂浓度 NA 和 ND 以及外加电压 V。
关键词
：
PN 结；半导体物理
；
Matlab 图形用户界面
；
中图分类号
：
O471 文献标识码
：
A 文章编号
：
1673-2014（2017）05-0084-03
1 引言
PN 结是《模拟电子技术》
等课程的重要内容，
也是微电子和光电子相关专业的基础知识
。熟练掌
握 PN 结相关知识是学习理解半导体二极管
、双极
晶体管
（
BJT）、金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体
管（ MOS）、结型场效应晶体管
（
JFET）的基础
，同时
也是分析研究发光二极管
、半 导 体 探 测 器 、半 导 体
激 光器等器件的前提。由于半导体相关课程需要一
定的物理和数学基础，课程中一些问题的分析
（如
PN 结空间电荷区宽度
、
PN 结电容等） 需要大量的
公式推导，且较为抽象。单纯的公式推导略显枯燥
，
学生在学习的过程中态度比较消极
，也不利于学生
进行知识面的联系。针对这个问题，使用 matlab 来
分析验证一些复杂的公式已成为发展趋势，对 半 导
体 相关问题的研究亦是热点
[1-3]
。文章对 PN 结空间
电荷区宽度等问题进行了可视化的研究，
借助
Matlab 图 形用户界面（Graphicaluserinterface，
GUI），对相关公式的推导过程与结果进行更清楚地
分析、展示，使学生更好的理解相关知识
。
2PN 结空间电荷区的形成及分析
2.1PN 结空间电荷区的形成
将一块 P 型半导体和一块 N 型半导体结合在
一起，两者的交界面处就形成了所谓的 PN 结。由
于 P 型半导体空穴很多电子很少，而 N型半导体电
子很多空穴很少，于是在他们间形成浓度梯度，从
而使得 P 区电子和 N 区空穴向对向扩散。空穴离开
后，在 P 区一侧形成了不可移动的带负电的电离受
主。而 N 区一侧则因为电子的离开形成了带正电的
电离施主。我们把带正电的电离施主和带负电的电
离受主形成的区域叫做空间电荷区
[4]
。平衡 PN 结的
空间电荷区如图 1 所示。
图 1 平衡 pn 结的空间电荷区
图 2 平衡 PN 结能带图
84窑 窑
