半导体和PN结

1. 什么是半导体？

导体，电阻率小，即电流容易通过的材料；Cu

绝缘体，导电性低，即电流不易通过的材料；塑料

半导体，常温下导电性能介于导体和绝缘体之间，是一种导电可控的材料，硅。

通常温度升高，半导体的电阻率会随之降低。

在集成电路中，半导体导电可控特性的实现是通过“掺杂Doping”来实现的。

Si，每个原子最外层有4个电子，在本征硅材料中，每个Si原子与周围的4个Si原子形成共价结合的稳定结构，在其两端接电源，几乎不会有电流，除非加很高电压。 

 2. 什么是P/N型半导体？

N型半导体，N-negative，是指在纯硅中掺杂五价磷元素，电流由带负电荷的电子运动产生。

通过掺杂，将绝缘体纯硅，变为导电可控的半导体材料。 

P型半导体，P-positive，是指在纯硅中掺杂三价硼元素，电流由带正电的空穴运动产生。

（注意：空穴位置的改变，本质上是电子挣脱共价键导致的，所以空穴运动的活跃程度不如N型半导体中的自由电子，所以相同掺杂浓度的N型半导体导电性>P型半导体） 

实际上掺杂之后的半导体，还是呈电中性，只是P型空穴多，N型自由电子多。 

3. 什么是PN结？

原理：分子会由浓度高的地方向浓度低的地方扩散。

P区半导体的空穴在浓度差的作用下往N区扩散；N区半导体的电子往P区扩散

半导体中的载流子有两种运动方式：扩散运动和漂移运动

扩散运动：是指在电中性的半导体中，载流子由浓度高的地方向低的地方运动；

漂移运动：是指在电场的作用下，载流子有规则的定向运动；

扩散运动使得空间电荷区变宽，内建电场变强；内建电场越强，又使得漂移运动越强，导致空间电荷区变窄。最终会达到动态平衡，空间电荷区厚度不变，此区域称为PN结。

此时，PN结也是不导电的。空间电荷区也叫耗尽层。

此时，扩散电流=漂移电流

当做好一个PN结后，要想实现电流的流动必须打破平衡，施加外部电压。

 

Case1:施加正向电压，此时内建电场被削弱，外部电场使得扩散运动增强，形成较大扩散电流。

Case2:施加反向电压，此时内建电场和外加电场一致，扩散运动减弱，漂移运动增强，但漂移运动是少子参加，故反向电流很小。近似分析中忽略不计。

综上所述，PN结具有单向导电性。

^_^ 关注我，后面继续介绍 二极管/PMOS/NMOS/CMOS一些基本特性 ^_^