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一、原子、電子、空穴、離子的概念

半導(dǎo)體是介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，導(dǎo)電性能隨溫度的變化而變化。在室溫下，半導(dǎo)體的電阻值介于導(dǎo)體（金、銅、銀）和絕緣體（石英、橡膠）之間，而在加熱或受到光照時(shí)，導(dǎo)電性能會(huì)增強(qiáng)，這種特性使得半導(dǎo)體在電子器件中有著廣泛的應(yīng)用。

空穴：共價(jià)鍵中的價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)獲得能量，從而擺脫共價(jià)鍵的約束成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵上留下空位，稱為空穴。

電子：金屬原子的外層電子（價(jià)電子）脫離原子核束縛后而成為自由電子。

原子：原子是由原子核和核外電子組成，原子核帶正電荷，繞核運(yùn)動(dòng)的電子帶負(fù)電荷，原子的核電荷數(shù)與核外電子相等，因此原子呈顯電中性。

離子：離子是原子或原子團(tuán)由于得失電子而形成的帶電粒子，當(dāng)原子得到一個(gè)電子或者幾個(gè)電子時(shí)，核外電子數(shù)多于核電荷數(shù)，從而帶負(fù)電荷，稱為陰離子；當(dāng)原子失去一個(gè)或幾個(gè)電子時(shí)，核外電子數(shù)少于核電荷數(shù)，從而帶正電荷，稱為陽(yáng)離子。

共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

二、PN結(jié)

本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體

純凈半導(dǎo)體是指純凈的，未經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體材料，它們的導(dǎo)電性是由其本身晶格結(jié)構(gòu)決定的，不依賴于外部摻雜物，也稱為本征半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體是在形成晶體結(jié)構(gòu)過(guò)程中，通過(guò)擴(kuò)散工藝，人為摻入特定的雜質(zhì)元素時(shí)，控制其雜質(zhì)濃度時(shí)，導(dǎo)電性能就能控制。

P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體是在純凈的硅晶體中摻入3價(jià)元素（硼），取代晶格中硅原子位置，硼外層有3個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，就多出一個(gè)空穴，多出的空穴不受共價(jià)鍵的束縛，P型半導(dǎo)體中空穴的濃度大于自由電子的濃度，稱空穴為多數(shù)載流子（多子），自由電子為少數(shù)載流子（少子），而雜質(zhì)原子吸收電子故稱受主原子，摻入雜質(zhì)越多，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。

P型半導(dǎo)體

N型半導(dǎo)體是在純凈的硅晶體中摻入5價(jià)元素（磷），取代晶格中硅原子的位置，磷最外層有5個(gè)價(jià)電子，除了與硅原子形成共價(jià)鍵外，還多出一個(gè)電子，多出的電子不受共價(jià)鍵的束縛，只需獲得少有的能量就能成為自由電子，N型半導(dǎo)體中自由電子的濃度大于空穴的濃度，稱自由電子為多數(shù)載流子（多子），空穴為少數(shù)載流子（少子），雜質(zhì)原子可以提供原子故稱施主原子，摻入雜質(zhì)越多，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。

N型半導(dǎo)體

PN結(jié)的形成過(guò)程

采用不同的摻雜工藝，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上，它們的交界面就形成PN結(jié)。物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng)，P型與N型半導(dǎo)體制作在一起時(shí)，兩種載流子濃度差很大，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的自由電子向P區(qū)擴(kuò)散，也稱為漂移運(yùn)動(dòng)。

載流子的漂移運(yùn)動(dòng)

擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合，而擴(kuò)散到N區(qū)的空穴與自由電子復(fù)合，所以在交界面附近多子的濃度下降，P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，它們不能移動(dòng)，也稱為空間電荷區(qū)，形成內(nèi)電場(chǎng)。隨著空間電荷區(qū)加寬內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，方向由N區(qū)指向P區(qū)，正好阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。

在電場(chǎng)力的作用下，載流子的運(yùn)動(dòng)?？臻g電荷區(qū)形成后，在內(nèi)電場(chǎng)作用下，少子產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，空穴從N區(qū)向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，自由電子從P區(qū)向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，在無(wú)外電場(chǎng)的激發(fā)下，參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)量與參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成了PN結(jié)。

PN結(jié)形成

【總結(jié)】

PN結(jié)內(nèi)載流子運(yùn)動(dòng)有兩種，一是多數(shù)的載流子克服電場(chǎng)阻力的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；另一種是少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下的漂移運(yùn)動(dòng)。只有當(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)，空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)建電場(chǎng)才能相對(duì)穩(wěn)定。由于兩種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流方向相反，在沒(méi)有外加電場(chǎng)或其它因素的情況下，PN結(jié)中不存在宏觀電流。

PN結(jié)的特性（單向?qū)щ娦裕?/span>

PN結(jié)加正向偏置電壓

如果施加的電壓使電流從P區(qū)流向N區(qū)，稱為正向電壓，簡(jiǎn)稱正向偏壓；外加電壓的電場(chǎng)方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙，使擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻抗，而處于導(dǎo)通狀態(tài)，正向電壓越大則流過(guò)電流也越大，此時(shí)電壓與電流呈指數(shù)關(guān)系。

PN結(jié)加反向偏置電壓

如果施加的電壓使電流從N區(qū)流向P區(qū)，稱為反向電壓，簡(jiǎn)稱反向偏壓；外加電壓的電場(chǎng)方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙，空間電荷區(qū)變寬，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻抗，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，少數(shù)載流子在電場(chǎng)的作用下形成漂移電流，它的方向與正向電壓的方向相反，又稱為反向電流。

因反向電流是少數(shù)載流子形成，故反向電流很小，即使反向電壓增加時(shí)，反向電流也不會(huì)明顯增加，也稱反向飽和電流。

PN結(jié)擊穿特性

PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，當(dāng)反向電壓過(guò)大時(shí)，反向電流IR隨即變大，破壞反向截止的工作狀態(tài)，這就是反向擊穿。反向擊穿分為齊納擊穿和雪崩擊穿，這兩種擊穿都是可逆的，即可以通過(guò)外圍電路中的保護(hù)措施，將反向電流限制住，從而在反向電壓降低后，PN結(jié)恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。熱擊穿是不可逆的，會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)過(guò)熱，直接燒毀。