一、導(dǎo)體

1、導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)

銅是良導(dǎo)體，其原子結(jié)構(gòu)見圖1，第一層2個(gè)電子，第二層8個(gè)電子，第三層18個(gè)電子，最外層只有一個(gè)電子。

圖1：銅原子結(jié)構(gòu)圖

2、價(jià)帶與核心

原子的最外層電子軌道稱為價(jià)帶軌道，他決定著原子的電特性，銅原子內(nèi)部簡化見圖2，叫做核心。

圖2：通原子的核心

3、自由電子

原子核心與價(jià)電子之間的吸引力很小，外力非常容易使這個(gè)電子脫離銅原子，這就是價(jià)電子經(jīng)常稱為自由電子的原子的原因，也是銅成為良導(dǎo)體的原因，外加微小的電壓，自由電子就在電場(chǎng)的作用下形成定向移動(dòng)，也就是形成電流。最好的導(dǎo)體是銅、銀、金，他們都可以用圖2的核心圖表示。

二、半導(dǎo)體

最好的導(dǎo)體都有一個(gè)價(jià)電子，最好的絕緣體都有8個(gè)價(jià)電子，半導(dǎo)體介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間，最好的半導(dǎo)體都有4個(gè)價(jià)電子。

1、鍺半導(dǎo)體

早期半導(dǎo)體元器件使用的唯一原材料，但是鍺半導(dǎo)體存著致命的缺陷，反向電流過大，后來硅半導(dǎo)體的實(shí)用化，大部分器件開始使用硅制造！鍺應(yīng)用的很少了。

2、硅半導(dǎo)體

硅是地球上除氧外含量最豐富的元素，早期硅的提純技術(shù)制約了硅的應(yīng)用，提純技術(shù)突破后，硅成為半導(dǎo)體的首要材料，硅的原子結(jié)構(gòu)和核心見圖3和圖4。

圖3：硅原子結(jié)構(gòu)圖

圖4：硅原子核心

三、硅晶體

硅原子結(jié)合成固體時(shí)，他們排列具有規(guī)律性，稱為硅晶體。

1、共價(jià)鍵

硅晶體中的的共價(jià)鍵，見圖5。

圖5：硅晶體中的共價(jià)鍵

2、價(jià)帶飽和

每個(gè)硅原子價(jià)帶軌道中都有8個(gè)電子，8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使硅形成穩(wěn)定的固體，沒有人知道為什么原子的最外層軌道為什么都趨向于8個(gè)電子，如果一個(gè)元素最外層沒有8個(gè)電子，那么這個(gè)元素就與其它元素結(jié)合共享電子，以使最外層達(dá)到8個(gè)電子。

3、空穴

在一定的溫度下，硅晶體形成一個(gè)自由電子的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空穴，即空穴和電子成對(duì)出現(xiàn)。

圖6：自由電子和空穴

4、復(fù)合與壽命

純凈的硅中，電子和空穴會(huì)結(jié)合，導(dǎo)致電子和空穴的消失，稱為復(fù)合，一定條件下，產(chǎn)生的電子和空穴與復(fù)合的速度是平衡的，也就是電子和空穴的濃度保持一個(gè)穩(wěn)定的水平。

四、本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體是指純凈半導(dǎo)體，如果晶體中每個(gè)原子都是硅原子就稱為硅本征半導(dǎo)體。

1、自由電子的流動(dòng)

假設(shè)本征半導(dǎo)體中只有一個(gè)空穴和電子，圖7中電子在正極的吸引下，負(fù)極電場(chǎng)的排斥下，從右側(cè)向左側(cè)運(yùn)動(dòng)，形成電子的流動(dòng)。

圖7：電子和空穴的移動(dòng)

2、空穴的流動(dòng)

空穴被A復(fù)合，A點(diǎn)形成新的空穴，A空穴又可以捕獲新的電子，形成新的空穴，這樣空穴就以ABCDEF的順序移動(dòng)，如同一個(gè)正電荷在運(yùn)動(dòng)。

五、兩種電流

本證 半導(dǎo)體中，在外加電壓下，形成兩種大小相同，方向相反的電流，圖8所示。注意，在半導(dǎo)體之外也就是導(dǎo)體中沒有空穴的流動(dòng)。

圖8：本證半導(dǎo)體中的兩種電流

六、半導(dǎo)體摻雜

提高半導(dǎo)體導(dǎo)電能能力的辦法就是摻雜，提高電子或者空穴的濃度。

1、增加電子（N型半導(dǎo)體）

將硅融化，破壞掉共價(jià)鍵，然后加入5價(jià)電子，如砷、銻、磷等，形成更多的電子，見圖9。

圖9：N型半導(dǎo)體

2、增加空穴（P型半導(dǎo)體）

將硅融化，破壞掉共價(jià)鍵，然后加入3價(jià)電子，如鋁、硼、鉀等，形成更多的空穴，見圖10。

圖10：P型半導(dǎo)體

七、無偏置二極管

1、無偏置PN結(jié)

P型半導(dǎo)體和N性半導(dǎo)體結(jié)合構(gòu)成PN結(jié)。見圖11。

圖11：無偏置PN結(jié)

2、耗盡層

N區(qū)電子在本區(qū)域電子的排斥下，在P區(qū)空穴的吸引下，越過PN結(jié)與P區(qū)空穴結(jié)合形成偶極子，隨著復(fù)合的不斷進(jìn)行，PN結(jié)附近載流子將進(jìn)入衰竭狀態(tài)形成耗盡層，見圖12。

圖12：PN結(jié)耗盡層

3、勢(shì)壘電壓

隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，偶極子增多，每個(gè)偶極子都有一個(gè)電壓，這個(gè)電壓將阻止電子的進(jìn)一步擴(kuò)散，并形成一個(gè)電壓，這個(gè)電壓叫做勢(shì)壘電壓。鍺二極管約為0.3V，硅二極管約為0.7V。

八、PN結(jié)正向偏置

1、PN結(jié)正向偏置

如圖13中給PN結(jié)加上電壓，稱作正向偏置。

圖13：PN結(jié)正向偏置

2、PN 電流

正向偏置電路中，電子受到右側(cè)的排斥和左側(cè)的吸引作用，當(dāng)外加電壓小于勢(shì)壘電壓時(shí)，電子無法通過耗盡層，不能形成電流。當(dāng)外加電壓超過勢(shì)壘電壓后，N區(qū)電子通過耗盡層與P區(qū)的空穴結(jié)合形成電流，同時(shí)空穴從左向右移動(dòng)形成空穴電流。

九、PN結(jié)反向偏置

1、反向偏置

給PN結(jié)加上如圖14的電壓后稱為PN結(jié)反向偏置。

圖14：PN反向偏置

2、耗盡層變寬

反向偏置后，N區(qū)電子被電池正極吸引，P區(qū)電子被排斥進(jìn)入N區(qū)，然后在電場(chǎng)的作用下再次達(dá)到一個(gè)新的平衡，耗盡層變寬了，見圖15。

圖15：PN結(jié)在反向電壓下耗盡層變寬

3、少子電流

在耗盡層穩(wěn)定后，還會(huì)有電流存在嗎？答案是有的，因?yàn)榉肿訜徇\(yùn)動(dòng)的原因，PN結(jié)附近還會(huì)激發(fā)出少量的電子和空穴，耗盡層中的少子會(huì)部分的穿過PN結(jié)，這時(shí)就會(huì)形成一個(gè) 微小的電流，也就是PN反向偏置時(shí)會(huì)有一個(gè)反向的持續(xù)的小電流。

4、表面漏電流

除了少子形成的反向電流外，二極管表面存在著一個(gè)小電流，這時(shí)由于結(jié)構(gòu)缺陷和雜質(zhì)引起的。

二極管的反向電流加上表面漏電流統(tǒng)稱為二極管反向電流。

十一、擊穿

因?yàn)樯僮拥拇嬖?，?dāng)電壓加大時(shí)，少子的動(dòng)能加大，在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)與原子發(fā)生碰撞，當(dāng)電子的動(dòng)能足夠大時(shí)，會(huì)碰撞出更多的電子，這些電子動(dòng)能繼續(xù)增大，碰撞出更多的電子，形成雪崩。

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