半导体材料：半导体是导电能力介于半导体和绝缘体之间的一类物质。如硅、锗、碳化硅和氮化镓等。电阻率在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内。

半导体结构：

电子器件中大都使用硅和锗，具有晶体结构。晶体结构的意思就是能找到一个基本结构单元，整个物质都是按照整个基本结构单元排开的，譬如中学学的金刚石的结构。下图是硅晶体的基本结构单元。硅是正4价元素，每个硅原子间是2个电子组成的共价键连接。

硅晶体基本结构图

本征半导体：

本征半导体是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在电子应用中，电导率(电阻率的倒数)是半导体的重要物理特性，而电导率与材料的单位体积中所含的电荷载流子(能够自由运动并产生电流的物质)的数目呈正相关。

本征半导体晶体共价键通常情况下是稳定的，没有自由移动的电子，但是当温度、光照、磁场强度达到一定强度就会使得共价键的电子挣脱束缚，成为自由电子。这一现象称为本征激发。这就可以解释半导体器件特性为什么会受到环境参数的影响了。

参杂半导体：

若在本征半导体中掺入微量的杂质，其导电性能便会发生很大的变化。根据掺入杂质的不同，可以把掺杂半导体分为P（Positive）型和N（Negative）型。P型的意思就是半导体的多数载流子带正电，N型反之。

具体可以这么去理解，若在4价的硅中掺入3价的硼，硼跟硅组成的共价键便会少一个电子，相当于空了一个位置出来，那么少量自由电子在大量的空穴上穿梭，反过来可以看成是大量的空穴在移动，那就呈现正电特性（P型，实际半导体整体还是中性的）。若在4价的硅中掺入5价的磷，共价键组合完后还多一个电子，那么就是大量自由电子在少量空穴中穿梭，那就呈现负电特性（N型，实际半导体整体还是中性的）。下图是简化模型。

掺杂半导体导电简化模型图

PN结的形成：

想象一下，如果将上面模型图中的P型半导体和N型半导体合并，那么在交界处，就会存在自由电子的浓度差，有浓度差便会产生扩散现象，即N区的自由电子向P区扩散来填补P区的空穴，这就导致N型和P型半导体失去了电中性，N型半导体失去电子带正电，P区得到电子带负电，这样就形成了电场，电场由高电势指向低电势，那么电场方向就是由N区指向P区。这个叫内电场。

那么再深入的想一下，随着扩散现象的持续，这个内电场不断加强，电场由N指向P，电子由N扩散到P，电子的运动方向居然与电场方向相同！这说明每扩散一颗电子过去就会加强电场阻止扩散的发生，但又因为少量电子漂移（电场力让P区的电子又往N区跑）现象的存在，当漂移等于扩散时会达到一个动态平衡。这个最终平衡下来的电荷区就是PN结了。

PN结单向导电性：

想让PN结导通，本质上来说就是要让大量电子在PN结间穿梭，已知自由电子都在N区，那就是需要加强扩散，而内电场是阻止电子扩散的，那么只需要破坏了这个内电场就能够导通了，内电场是由N指向P的，只需要在外部施加一个P指向N的电场就能破坏内电场平衡，顺便的，这里就解释为什么二极管有一个0.7V的正向导通死区电压了。

那么反过来，如果在外部施加一个由N区指向P区的电压，这就加强了内电场，使得扩散进一步的减少，加强了漂移，而漂移的电子非常少，毕竟P区空穴是多数载流子，我想这就是二极管的反向漏电流了。

PN结单反向击穿：

接着上面说，在反向施压的情况下，PN结不导通，如果电压一直增加，内电场一直被加强会有什么现象呢？内电场被加强，扩散较少，漂移增加，电子漂移的速度也增加，这就会导致电子被加速到一定程度后撞击共价键，在强电场和强撞击下，共价键被破坏，破坏了共价键就会产生更多的自由电子，并且撞击会产生热量（二极管反向击穿发烫的原因之一），热又会加强本征激发，结果就是击穿后电流突增，PN结发热，长时间会烧毁PN结。

PN结电容效应：

PN结的电容效应对高频信号的影响很大，根据电容的定义：电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的比值,叫电容器的电容，即C=Q/U。在PN结两块平板间有电压和电荷的变化，这便决定着PN结的电容。所以高速二极管的PN结都是比较薄的，这样内电场的建立和破坏就很快，就会有很快的开关速度，但是往往不能过大电流和承受高电压。

半导体器件：

二极管、三极管、MO管、晶闸管。都是由PN结构成的，掌握PN结的基本原理，就很容易理解其他半导体器件的特性。

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