电路学习（四）半导体

本节内容参考尚硅谷的电路视频资料。

1.什么是半导体？

半导体是一种常温下介于导体和绝缘体之间的材料，其导电性取决于外部条件，如温度、光照、电压等。半导体导电特性可以通过参杂其他元素而控制导电特性。

半导体的导电特性是可以控制。

比如在纯净的半导体（硅）中参杂硼或磷，形成常见的两种半导体：本征半导体、N型半导体和P型半导体。

电子：带负电荷的带电原子。

空穴：对电子有吸引力的共价键位置（比如两个硅元素组合时，当共价键断开时，会形成空穴），可以等价认为空穴是带正电。

1.1 本征半导体：

硅晶体在高温下（其内部共价键断裂，形成电子、空穴对）可以从绝缘体变成导电体，将这类由于其物理特性而变成导电体的半导体称为“本征半导体”（本身就有的特性）。

本征激发：本征半导体在外部热能、光能、电场等激励下，使得处于价带的电子被激发到导带（共价键断裂，有自由电子移动），在其内部形成电子+空穴的现象。

虽然有电子产生，但是由于元素内部的质子存在，所以本征半导体是电中性。

1.1 N型半导体：

往本征半导体中参杂磷元素后，半导体中有更多自由电子，使得半导体中的负电荷载流子（导电过程中携带电荷并产生电流的粒子），将这种半导体称为N性半导体（Negative）。

一个磷元素与硅元素形成共价键后，会多一个自由电子，所以当往本征半导体中参杂磷元素中会带来很多的自由电子：

1.2 P型半导体：

往本征半导体中参杂硼元素后，半导体中有更多的空穴（等价于带正电），将这种半导体称为P型半导体（Positive）。

一个硼元素与硅元素结合后，使得硅元素中多出一个带正电性的空穴。因此，当往本征半岛体中参杂硼元素后，半导体中有很多空穴：

P性半导体和N性半导体都是电中性。

2. PN结：

对应N性型导体，其内部更多是载流子是电子（少量空穴）；

对于P型半导体，其内部更多是空穴（少量电子）。

当将N型半导体和P型半导体组合到一起时，便形成了“PN结”。由于P型半导体带空穴，N型半导体带电子，所以组合后会一个内建电场（电场强度与参杂材料相关）。

2.1 PN结正接时： 

当接受电源后，N极负电荷变多，P极吸引负电荷，从而让PN结导通（需抵消内部电场，导通后有导通压降，即内部电场的电压）。

2.2 PN结反接时：

N极电子被电源正极吸引走，P极空虚中被压入电子，对负电荷的吸引力减小，导致内建电场变大，耗尽区也变大，因此无法导通。

二极管便是一中NP结：

当左侧电压高于右侧电压时：

当左侧电压小于右侧电压时:

3. 总结：

PN是一种非常重要的电路材料。电流总是由P指向N，所以PN结要导通时，需PN结正偏。常见的二极管、三极管、MOS管都是由半导体组成。