一、前言
半导体器件是构成电子电路的基本元件，它们所用的材料是经过特殊加工使其性能可控的半导体材料，如硅（Si）、锗（Ge）等。
二、半导体
物体若按导电性能分类，可粗略分为导体、绝缘体和半导体三类。物体的导电性能由原子结构所决定。
导体：一般为低价元素，其最外层电子极易挣脱原子核束缚变成*电子，在外加电场作用下，定向移动形成电流，导电性能极好。
绝缘体：高价元素如惰性气体，或者高分子化合物如橡胶等，其最外层电子受原子核束缚力极强，即便是外加电场作用下都难以挣脱，所以极难形成电流，导致导电性极差。
半导体：四价元素如硅（Si）、锗（Ge），其最外层电子既不像导体那样容易挣脱原子核束缚，也不像绝缘体那样受到原子核极强的束缚力，所以导电性介于导体与绝缘体之间。
三、本征半导体
1、概念
将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成的单晶体称为本征半导体。原子与原子之间由共价键连接。如图所示。
2、导电原理
由于本征半导体的原子之间是通过共价键进行连接，共价键具有很强的结合力，所以在常温下，只有少数的电子能够通过热运动（热激发）获得足够的能量从而挣脱原子核束缚，变成*电子，与此同时在共价键中留下一个空位置，称为空穴。若在本征半导体两端加上电压，则由于电场作用，*电子定向移动，*电子定向移动会填补沿途的空穴，那从宏观上来看，空穴也在进行反向运动，*电子的定向移动产生电子电流，空穴的移动产生空穴电流。这就是本征半导体的导电原理。显然，当环境温度升高，热运动加剧，挣脱共价键束缚的*电子增多，空穴也随之增多，所以导电性能增强。
- 原子因失去电子而带正电，可以理解为空穴带正电。
- 本征半导体导电时，电子电流和空穴电流的运动方向相反，本征半导体中的电流是两个电流之和。
- 运载电荷的粒子称为载流子。
- 导体导电只有一种载流子——*电子。
- 本征半导体导电有两种载流子——*电子与空穴。
- 半导体在热运动（热激发）下产生*电子和空穴对的这种现象称为本征激发。
- *电子在运动过程中遇到空穴会进行填补，这种现象称为复合。
- 一定温度下，*电子与空穴对和复合的非*电子与空穴对数目相等，故动态平衡。所以在一定温度下，本征半导体中的载流子浓度是一定的。
四、杂质半导体
通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。通过控制掺入杂质浓度控制其导电性。使其导电性能具有可控性。按掺入杂质不同，可形成N型半导体和P型半导体。
1、N型半导体
在本征半导体中掺入五价元素（如磷），使其取代本征半导体中部分硅原子的位置，便形成N型半导体。如图所示。
2、P型半导体
在本征半导体中掺入三价元素（如硼），使其取代本征半导体中部分硅原子的位置，便形成P型半导体。如图所示。
不难看出，N型半导体中*电子浓度大于空穴浓度，P型半导体中空穴浓度大于*电子浓度。不管哪种类型的半导体，掺入杂质越多，导电性能越强。
- 在掺杂半导体中，浓度相对较大的载流子称为多数载流子，简称多子；浓度相对较小的载流子称为少数载流子，简称少子。
- N型半导体中，杂质原子可以提供电子，故称之为施主原子。
- P型半导体中，杂质原子可以提供空穴吸收*电子，故称之为受主原子。
- 少子是由本征激发所形成的，对温度非常敏感，这将影响半导体器件性能。
五、PN结
采用不同的掺杂工艺，将P型半导体和N型半导*作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成了PN结。
1、PN结形成原理
- 物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。
将P型半导体和N型半导*作在一起时，随着扩散运动的进行，交界处一定区域内空穴和*电子复合，形成一定宽度的空间电荷区，从而形成内电场，如图所示。随着扩撒运动继续进行，空间电荷区加宽，内电场加强，其方向是从N区指向P区，从而阻止扩散运动进行。
- 在内电场力的作用下，载流子的运动称为飘移运动。
当空间电荷区形成后，在内电场力的作用下，少子产生漂移运动，空穴从N区向P区运动，*电子从P区向N区运动。当参与扩散运动的多子数目和参与漂移运动的少子数目相等时，达到动态平衡，形成PN结。
- 空间电荷区也称为耗尽层。
2、PN结单向导电性
如果在PN结两端外加电压，就会破坏原来的动态平衡。扩散电流不等于漂移电流，从而PN结有电流流过。
（1）PN结外加正向电压时处于导通状态。
当电源正极接到PN结P端，电源负极接到PN结N端，称PN结外加正向电压，也称正向接法或正向偏置。如图左所示。此时外电场将多数载流子推向空间电荷区，使得耗尽层变宅，削弱内电场，扩散运动加剧，漂移运动减弱，最后扩散运动源源不断的进行。形成正向电流。
（2）PN结外加反向电压时出现截止状态
当电源正极接到PN结N端，电源负极接到PN结P端，称PN结外加反向电压，也称反向接法或反向偏置。如图右所示。此时外电场使得空间电荷区加宽，加强内电场，阻止了扩散运动，加剧了漂移运动，形成反向电流（漂移电流）。但少子数目较少，所以反向电流很小，通常忽略不计，所以此时认为PN结出于截止状态。
3、PN结的结电容 Cj=Cb+Cd
（1）势垒电容
耗尽层的宽窄变化所等效的电容称为势垒电容 Cb。
（2）扩散电容
扩散区内，电荷的积累和释放过程与电容器充放电过程相同，这种电容效应称为扩散电容 Cd。
- Cb和Cd一般都很小，结面积小的为1pF左右，结面积大的为几十到几百皮法，对于低频信号呈现很大的容抗，作用可忽略不计。高频信号需要考虑结电容的作用。
参《模拟电子技术基础（第四版）》
——END