目录
一. 简介
二. 杂质半导体
N型
P型
三. PN结
单向伏安特性：
电容效应：
四. 半导体二极管
一. 简介
半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。
常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）等。半导体具有一些独特的性质，使其在电子技术中得到广泛应用。
半导体的导电能力可以通过掺入杂质来精确控制。掺入杂质的过程称为“掺杂”。根据掺入杂质的类型不同，半导体分为 N 型半导体和 P 型半导体。
N 型半导体中，掺入的是五价杂质原子（如磷），多子（多数载流子）为电子，少子（少数载流子）为空穴。
P 型半导体中，掺入的是三价杂质原子（如硼），多子为空穴，少子为电子。
在半导体中，还存在着两种重要的物理现象：本征激发和复合。本征激发会产生电子 - 空穴对，而复合则是电子和空穴重新结合消失。
半导体的这些特性是构成各种半导体器件（如二极管、三极管、集成电路等）的基础，对于现代电子技术的发展起着至关重要的作用
二. 杂质半导体
N型
N 型半导体是在本征半导体（如硅、锗）中掺入五价杂质元素（如磷、砷等）所形成的半导体。
在 N 型半导体中，五价杂质原子替代了本征半导体中的某些四价原子的位置。由于五价杂质原子有五个价电子，其中四个与周围的半导体原子形成共价键，多余的一个电子不受共价键的束缚，仅受到杂质原子的微弱束缚，因此这个电子很容易成为自由电子。所以在 N 型半导体中，自由电子是多数载流子（多子），而空穴则是少数载流子（少子）。
N 型半导体的主要特点包括：
- 自由电子浓度远大于空穴浓度。
- 自由电子主要由杂质原子提供。
- 其导电性主要依靠自由电子导电。
N 型半导体在电子技术中有广泛的应用，例如在二极管、三极管等半导体器件中，N 型半导体常常与 P 型半导体结合使用，形成 PN 结，从而实现各种电学功能，如整流、放大等。
P型
P 型半导体是在本征半导体（如硅、锗）中掺入三价杂质元素（如硼、镓等）形成的半导体。
当三价杂质原子掺入本征半导体后，它会与周围的四价半导体原子形成共价键。由于三价杂质原子只有三个价电子，所以会形成一个空位，这个空位被称为“空穴”。空穴的出现使得附近的电子很容易填补过来，从而形成新的空穴，相当于空穴可以在半导体中移动。
在 P 型半导体中，空穴是多数载流子（多子），而自由电子则是少数载流子（少子）。
P 型半导体具有以下特点：
- 空穴浓度远大于自由电子浓度。
- 空穴主要由杂质原子提供。
- 导电性主要依靠空穴导电。
P 型半导体在半导体器件中也起着重要作用，与 N 型半导体结合形成的 PN 结是众多电子元件的基础结构，实现了诸如整流、放大、开关等功能。
三. PN结
PN 结是采用特殊的掺杂工艺，在一块半导体单晶片上的一侧形成 P 型半导体，另一侧形成 N 型半导体，两种半导体的交界面就构成了 PN 结。
PN 结具有单向导电性。当 PN 结外加正向电压（P 区接正，N 区接负）时，多子的扩散运动增强，形成较大的正向电流，此时 PN 结呈现低电阻，处于导通状态。
当 PN 结外加反向电压（P 区接负，N 区接正）时，少子的漂移运动增强，但少子数量很少，所以反向电流极小，PN 结呈现高电阻，处于截止状态。
PN 结还具有电容效应，包括势垒电容和扩散电容。势垒电容是由于空间电荷区的宽度随外加电压的变化而产生的电容效应；扩散电容是由于多子扩散过程中电荷的积累和释放而产生的电容效应。
PN 结的特性使其成为了许多半导体器件的核心结构，如二极管就是基于 PN 结的单向导电性制成的。在三极管中，也包含了两个 PN 结。此外，PN 结在集成电路等领域也有着广泛的应用。
PN 结的形成过程涉及到多子的扩散和少子的漂移，以及内建电场的建立等复杂的物理过程。在实际应用中，对 PN 结的特性和参数的精确控制对于半导体器件的性能至关重要。
单向伏安特性：
当 PN 结外加正向电压时，外电场与内电场方向相反，削弱了内电场，使多数载流子的扩散运动加剧，形成较大的正向电流。此时，PN 结呈现低电阻状态，正向电流随正向电压的增加迅速增大。
当 PN 结外加反向电压时，外电场与内电场方向相同，增强了内电场，使多数载流子的扩散运动难以进行，而少数载流子的漂移运动加剧，但由于少数载流子数量很少，所以形成的反向电流极小。此时，PN 结呈现高电阻状态，在一定的反向电压范围内，反向电流几乎不随反向电压的变化而变化，通常称为反向饱和电流。当反向电压增加到一定程度时，PN 结会发生反向击穿。
电容效应：
PN 结具有两种电容效应，分别是势垒电容和扩散电容。
- 势垒电容：PN 结空间电荷区的宽窄会随外加电压的变化而变化。当外加电压升高时，空间电荷区变窄；外加电压降低时，空间电荷区变宽。这种空间电荷区宽窄的变化所等效的电容称为势垒电容。势垒电容主要影响 PN 结在高频信号下的特性。
- 扩散电容：在正向偏置时，多数载流子在扩散过程中存在电荷的积累和释放。积累的电荷量随外加电压的变化而变化，这种效应所等效的电容称为扩散电容。扩散电容在正向偏置时较为显著，在反向偏置时可以忽略。
四. 半导体二极管
半导体二极管是由一个 PN 结构成的半导体器件，具有单向导电性。
其主要特点和工作原理如下：
- 单向导电性：在正向偏置（P 区接正，N 区接负）时，二极管导通，电阻较小，电流能够顺利通过；在反向偏置（P 区接负，N 区接正）时，二极管截止，电阻很大，电流极小，通常可忽略不计。
- 伏安特性曲线：包括正向特性和反向特性。正向特性中，起始部分存在一个开启电压（硅管约 0.5V，锗管约 0.1V），超过开启电压后，电流随电压迅速增加。反向特性中，在一定的反向电压范围内，反向电流很小且基本不变；当反向电压超过某一数值（击穿电压）时，反向电流急剧增加。
- 主要类型：包括普通二极管、整流二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管等。
- 整流二极管用于将交流电源转换为直流电源。
- 稳压二极管利用其反向击穿特性在一定范围内稳定电压。
- 发光二极管能将电能转化为光能，发出不同颜色的光。
- 光电二极管则能将光信号转换为电信号。
半导体二极管在电子电路中应用广泛，如整流、限幅、钳位、检波、稳压等。
