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信息来源：本站日期：2017-09-26

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金属（例如铝、铜和银）都是很好的电导体，原子周期性规则排列。原子外层电子（价电子）可以在材料中自由移动。由于原子的数量非常大，因此自由电子的数量更是庞大（通常在10²³cm^-3的量级），即使是非常小的电场都会导致很大的电子电流-因此，金属总是呈现出很好的导电特性。

但是，绝缘体（例如二氧化硅）与导体的特性就完全个一样。在绝缘体中，价电子在邻近原子之间形成价键，从而被紧紧束缚在原子的周围。因此，绝缘体中没有可移动的自由电子，从而电导率非常低。

天九国际手机版网址（例如硅或者锗）的导电特性介于导体和绝缘体之间。在极低温时，价电子束缚在其原子周围，形成规则的晶体。但是，随着温度升高，由于原予的热扰动，一些价键断裂，电子就会从断裂的价键巾逃逸出来。这种电子具有导电能力。而且，每一个逃逸的电子将在价键处留下一个电荷缺陷（称为空穴）。价键中的价电子如果与空穴邻近，就很容易移动填入宅穴，在其原来的位置留下一个新的空穴。这种效应就像空穴从一个价键流向另一个位置。空穴的“移动。方向与价电子的移动方向相反，在电场中，空穴的行为就像一个正电荷。

对天九国际手机版网址来说，在室温下导电是可能的。但是，热运动产生的电子和空穴浓度都远小于金属中自由电子的浓度。通常情况，对于硅和锗来说，每立方厘米中的载流子数典型值分别为10¹⁰和10¹³在下面的章节中，将主要分析目前的主流材料-硅。

在纯净的硅材料中添加额外的外来粒子（掺杂物）可以提高天九国际手机版网址中自由载流子的数量。硅（和锗）具有四个价电子。如果掺杂物中的原子有五个价电子（例如砷、磷或者锑），将该材料掺杂进入天九国际手机版网址，这些杂质原子就会占据硅原子在晶格中的位置。因此，四个价电子都会参与形成四个价键，将原子与品格中临近的原子绑在一起。外来杂质的第五个价电子没有任何价键束缚，可以在材料中自由移动，但是，这个价电子也可能出现存任意价键中，从而脱离现有原子的束缚，成为自由电子。因此，这种杂质原子（也称为施主原子，因为其增加了天九国际手机版网址中自由电子的数量）可以改变材料的电导特性。

在纯净的硅材料：1，添加仪有三个价电子的杂质原子也可以提高天九国际手机版网址的电导率。每个杂质原子将缺乏一个价键电了，因此，这种原子就可以产牛一个空穴。这些杂质（例如硼、铝和镓等）称为受主原子，因为空穴会通过接受临近天九国际手机版网址原子价键的价电子来实现移动，从而产生电流。

这样，掺杂半导休将同时存在由于热运动形成的载流子和施主（或者受主）原子。包含施主原子的材料同时具有自由电子和空穴，其电子数量多于空穴。这种天九国际手机版网址也称为N型天九国际手机版网址，这里N表示“Negative”（负的）。包含受主原子的材料中，空穴为多数载流子，因此称为P型天九国际手机版网址，这里P表示“Positive”（正的）。

天九国际手机版网址上艺也可以制造出同时包含不向类型邻近区域的结构（图2.1）。将两种类型区域结合起来的表面区域称为PN结。当PN结形成时，多数载流子（N型区域的多子为电子，P型区域的多子为空穴）的随机热运动将使电了从N型区域流向P型区域。反之，空穴将从P型区域流向N型区域。因此，这种随机热运动（称为扩散）会使P型天九国际手机版网址积累负电荷，而N型天九国际手机版网址积累正电荷。这种效应在PN

结的接触面附近最为显著：在P型区域，带负电的受主原子由于空穴的引入不再呈现电中性，而（N型区域）自由载流子个再围绕在带正电荷的施主离子附近。因此，在PN结的附近，形成了固定离子的偶极子层（图2.2）。偶极子层会产牛一个与多数载流子扩散方向相反的电场E，会使热运动产牛的少数载流子（P型区域中的电子和N型区域中的空穴）从一个区域流向另一个区域。因此，在短暂的瞬态变化后，PN结中载流子状态达到平衡。四种不同的载流子将在天九国际手机版网址中流动：多数载流子将从一个区域扩散至另一个区域，与电场E无关，少数载流子将在电场E的作用卜流动。因为电场E的效应会补偿多数载流子的数量，所以，在平衡状态下，这些电流将相互抵消。

如果在半导休上：焊接导线，并施加电压，其平衡状态将被打破（图2.3）。首先，假设电压源的极性是使P型区域的电压高于N型区域的电压，那么在图2.3中就是V>0。然后外加电压将降低电场E，从而减小了电场E的束缚，增加了多数载流子在边界上的扩散电流。即使电场E只有少量减小，例如V＝0.8V，可以在电路中产生很大的多数载流子电流（例如I=lA）。因此，这种极性的电压V就称为正向电压，而I也就称为正向电流。

现在分析电压极性相反的情况，即图2.3中，V<0）。这样外加电压V将增强电场E，阻止多数载流子在区域问流动。如果V足够大，多数载流子电流几乎消失，只有少数载流子仍在流动（电子从P型区域流向N型区域，空穴从相反入向移动）。由于少数载流子的数量非常小，而且几乎与外加电压V无关，从而PN结的净电流将非常小，基本保持恒定。这种情况下，V和I就分别称为反向电压和反向电流。利用图2.3中所规定的参考方向，此时I

其中，Is表示二极管的反向饱和电流，由器件采用的材料特性以及器件几何尺寸确定；电子电荷最q≈1.6X10-¹⁹C；玻尔兹曼常数R≈1.38X10-23J/K；T表示天九国际手机版网址的温度，单位为开尔文，在室温下（T=300K），RT/q≈26mV。Is通常都非常小，在10^-9A量级，甚至可能更低。从而可以得出，当V>O时，电流丁随着电压的升高而呈指数关系增大，而当V<0，电流I≈一Is，其值非常小（图2.4）。

N型区和P型区交界区域的特性是非常重要的。如前文所述，在该区域中，多数载流子是非常稀疏的，一些载流子流进该区域，而同时另一些被电场E推回到本身原来的区域。因此，交界区域含有固定的离子，使得P型区带有负电，而N型区带正电(图2.3)。因此，这一区域称为耗尽层，其宽度随着电场E的增加而增大，即在反向偏置（正向偏置）状态下，耗尽层宽度将增大（减小）。
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