1.半导体的导电机理
杂质半导体中都有一种载流子占导电主流，称为多数载流子。多数载流子一般不受环境温度的影响，其数量大小仅取决于所掺杂质的浓度。杂质半导体中的少数载流子通常和多数载流子同时参与导电。少数载流子对温度非常敏感，如果周围环境温度不变时，少数载流子的数量不变；当周围环境温度发生变化时，少数载流子的数量随之变化很大。
半导体中多数载流子和少数载流子同时参与导电，是它在导电机理上与金属导体的本质区别。因为，金属导体内部只有自由电子一种载流子参与导电。
杂质半导体的导电能力虽然很强，但它们并不能称为半导体器件。
2.PN结的形成
由于P区的多数载流子是空穴，少数载流子是电子；N区的多数载流子是电子，少数载流子是空穴，因此在交界面两侧明显地存在着两种载流子的浓度差。这样，P区的多子空穴载流子和N区的多子自由电子载流子都要从浓度高的区域向浓度低的区域扩散。扩散的结果使N区的多子复合掉了P区的多子，在P区和N区的交界处只留下了干净的带电杂质离子区，这些带电离子不能任意移动，形成了空间电荷区，如图1.2所示。
图1.2 PN结的形成
空间电荷区中的载流子均被扩散的多子“复合”掉了，或者说在扩散过程中被消耗尽了，因此，有时又把空间电荷区称为耗尽层。
出现了空间电荷区以后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区内形成了一个内电场。内电场的方向是从带正电的N区指向带负电的P区，与多数载流子扩散运动的方向相反。显而易见，内电场对扩散运动起阻碍作用，由此把空间电荷区还称为阻挡层。
在PN结形成的过程中，扩散运动越强，复合掉的多子数量越多，空间电荷区也就越宽。另一方面，空间电荷区的内电场又对扩散运动起阻挡作用，而对N区和P区中的少子漂移起推动作用，少子漂移运动的方向正好与扩散运动方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，即漂移运动的结果是使空间电荷区变窄。
多子的扩散和少子的漂移在PN结形成的过程中既相互联系、又相互矛盾。初始阶段，扩散运动占优势，随着扩散运动的进行，空间电荷区不断加宽，内电场逐步加强；内电场的加强又阻碍了扩散运动，使得多子的扩散逐步减弱。扩散运动的减弱显然伴随着漂移运动的不断加强。最后，当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，将形成一个稳定的空间电荷区，这个相对稳定的空间电荷区就称为PN 结。
空间电荷区内基本不存在导电的载流子，因此电导率很低而相当于介质。在PN结两侧的P区和N区则电导率相对较高，相当于导体，因此，PN 结具有电容效应，这种效应称为PN结的结电容。
在电子技术中，PN结是一切半导体器件的“元概念”和技术起始点。(www.xing528.com)
3.PN结的特性
PN结在无外加电压的情况下，扩散运动和漂移运动处于动态平衡状态，动态平衡状态下通过PN结的电流为零。这时，如果在PN结两端加上电压，扩散运动与漂移运动的平衡就会被破坏，PN结将显示出其单向导电的性能。PN结的单向导电性是构成半导体器件的主要工作机理。
（1）PN结正向偏置。把电源电压的正极与P区引出端相连，负极与N区引出端相连时，称PN结正向偏置，简称PN结正偏。PN结正偏时，外部电场的方向是从P区指向N区，显然与内电场的方向相反，这时外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负电荷，同时N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正电荷，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱。内电场的削弱使多数载流子的扩散运动得以增强，形成较大的扩散电流（扩散电流就是通常所称的电流，是由多子的定向移动形成的）。在一定范围内，外电场越强，正向电流越大。PN结对正向电流呈低电阻状态，这种情况在电子技术中称为PN结正向导通。PN结的正向导通作用原理如图1.3所示。
图1.3 PN结正向偏置
图1.4 PN结反向偏置
（2）PN结反向偏置。把电源的正、负极位置换一下，即P区接电源负极，N区接电源正极，就构成了PN结的反向偏置。PN结反向偏置时，外加电场与空间电荷区的内电场方向一致，同样会导致扩散与漂移运动平衡状态的破坏。外加电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走，使空间电荷区变宽，内电场继续增强，造成多数载流子扩散运动难于进行，同时加强了少数载流子的漂移运动，形成由N区流向P区的反向电流。但由于常温下少数载流子恒定且数量不多，故反向电流极小，而电流小说明PN结的反向电阻很高，通常可以认为反向偏置的PN结不导电，基本上处于截止状态，这种情况在电子技术中称为PN结的反向阻断。PN结的反向阻断作用原理如图1.4所示。
当外加的反向电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随外加电压的变化而变化。这是因为反向电流是由少子漂移形成的，在热激发下，少子数量增多，PN结反向电流增大。换句话说，只要温度不发生变化，少数载流子的浓度就不变，即使反向电压在允许的范围内增加再多，也无法使少子的数量增加，这里反向电流趋于恒定，因此反向电流又称为反向饱和电流。值得注意的是，反向电流是造成电路噪声的主要原因之一，因此，在设计电路时，必须考虑温度补偿问题。
PN结的上述“正向导通，反向阻断”作用，说明PN结具有单向导电性。
本节重要知识点学习检测
1.半导体具有哪些独特性能？在导电机理上，半导体与金属导体有何区别？
2.何谓本征半导体、杂质半导体？ N型半导体和P型半导体有何不同？各有何特点？
3.何谓PN结？ PN结具有什么导电特性？
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