学电子的对晶体管、PN结不能说陌生，但当初课堂上学的时候对电子空穴的运动超难想象，这些半导体器件内部到底是如何工作的?

半导体

材料取自于元素周期表中金属与非金属的交界处。常温下半导体导电性能介于导体与绝缘体之间。

 

本征半导体

纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。(由于不含杂质且为晶体结构，所以导电性比普通半导体差)

 

 

常温下，少数价电子由于热运动获得足够的能量挣脱共价键的束缚成为*电子。此时，共价键留下一个空位置，即空穴。原子因失去电子而带正电，或者说空穴带正电。在本征半导体外加一个电场，*电子将定向移动产生电流;同时，价电子会按一定方向去依次填补空穴，相当于空穴也在定向移动，而且是跟电子反向的运动。本征半导体的电流是这两个电流之和。运载电荷的粒子称之为载流子。

 

当有一个*电子的产生，必然会有一个空穴产生，所以*电子与空穴对是同生同灭。当*电子在运动中填补了一个空穴，此时两者同时消失，这种现象称之为复合。在一定温度下，两种载流子浓度相同，达到一种动态平衡。当温度升高，热运动会加剧，会有更多的电子挣脱束缚，会导致载流子浓度上升，从而打破这个平衡，温度一定后会再次建立平衡。

 

杂质半导体

通过扩散工艺，在本征半导体掺入某些元素。

 

一、N型半导体

在本征半导体加入+5价元素磷，由于加入了最外层为5个电子的元素，在形成共价键后会多出一个电子，这个电子就成了*电子。因为这个半导体*电子的个数多于空穴个数，而电子带负电，所以称之为N(negative，负)型半导体。

 

二、P型半导体

在本征半导体加入+3价元素硼，由于加入了最外层为3个电子的元素，在形成共价键后会多出一个空位，硅原子的最外层电子会去填补这个空位，从而会多出一个空穴。空穴带正电，所以称之为P(positive，正)型半导体。

 

在N型半导体中，*电子为多数载流子，空穴为少数载流子;在P型半导体中，空穴为多数载流子，*电子为少数载流子。

 

PN结的形成

采用某种工艺，可以将P型半导体和N型半导*作在同一块硅片上。

 

 

由于浓度差，会产生扩散运动。同时，在P区N区交界处，多数载流子浓度降低，P区出现正离子区，N区出现负离子区，内部会产生一个内电场。该电场会产生一个运动去阻止扩散运动，这个运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡就形成了PN结。

 

PN结的单向导电性

 

PN结的电容效应

PN结存在着等效电容(势垒电容和扩散电容，两者之和称为结电容，具体省略)，由于容抗跟频率成反比，当加在PN结上的交流电频率较高时，交流电就可以通过PN结的电容形成通路，PN结会失去单向导电的特性。