半导体和PN结的基本原理与应用介绍

1.P型半导体和型N半导体

（1）半导体的导电机制

①本征半导体：不含杂质的半导体，如单晶硅。

②结构：半导体硅和锗原子结构最外层有4个电子，即它们都是四价元素，化合价为四，如图7-1所示。这4个电子（又称为价电子）和相邻4个电子结合时，形成共价键。

③特点：受外界影响大，如温度、光照射等。温度升高使价电子获得能量，挣脱原子核及共价键的束缚而成为自由电子，相应留下一个空穴。因此，自由电子和空穴总是成对出现，总体呈现中性，不带电。自由电子少，导电能力差。

④导电性：两种载流子，即电子流和空穴流。

图7-1 本征半导体原子结构

（2）P型半导体和N型半导体的形成

①N型半导体。在纯净硅Si中掺入五价元素磷P，结果是多余一个电子，形成N型半导体，又称为电子型半导体，如图7-2所示。其特点是：电子为多数载流子，空穴为少数载流子。

②P型半导体。在纯净硅Si中掺入三价元素硼B，结果是少一个电子，形成P型半导体，又称为空穴型半导体，如图7-2所示。其特点是：空穴为多数载流子，电子为少数载流子。

2.PN结(www.xing528.com)

（1）PN结的形成 P区内空穴浓度大，N区内电子浓度大，P型半导体和N型半导体连接在一起，产生扩散运动和漂运动，P区的空穴向N区扩散，失去空穴带负电，N区电子向P区扩散，N区失去电子而带正电，在交接面附近形成了内电场，即PN结或“阻挡层”，如图7-3a所示。

（2）PN结的单向导电性

①正偏（正向偏置、正向电压、正向连接）。P区接电源的正极，N区接电源的负极，与内电场的方向相反，在电场力的作用下内电场将被削弱（即阻挡层被变薄）PN结电阻小，电流可通过，称为正向导通状态，如图7-3b所示。

图7-2 杂质半导体原子结构

a）N型半导体 b）P型半导体

图7-3 PN结的形成

a）内电场 b）正向连接 c）反向连接

②反偏（反向偏置、反向电压、反向连接）。P区接电源的负极，N区接电源的正极，与内电场的方向相同，在电场力的作用下，内电场将被加强（即阻挡层被变厚），PN结电阻大，电流极其微弱，基本不能导通，如图7-3c所示。P区接负极，N区接正极。PN结电阻大，称截止状态。

以上说明PN结具有单向导电性。