【知识点详解】
1. **半导体的基本概念**
- 本征半导体:指完全纯净的、具有晶体结构的半导体,如硅和锗。在常温下,由于共价键结构,电子难以脱离,导电能力较弱。
- 共价键:在半导体中,原子通过共享电子形成稳定的结构,这些电子被称为束缚电子。
- **载流子**:在半导体中,导电主要由两种载流子——自由电子和空穴负责。自由电子是脱离共价键的电子,空穴是共价键中缺失电子的位置,相当于正电荷。
2. **半导体的导电机理**
- 本征激发:热能可能导致价电子获得足够的能量脱离共价键,成为自由电子,同时产生空穴。
- **本征半导体的导电**:在本征半导体中,自由电子和空穴数量相等,它们的移动形成电流。温度升高会增加载流子浓度,提高导电能力。
3. **杂质半导体**
- **P型半导体**:通过掺入三价元素(如硼),产生多余的空穴,空穴成为多数载流子。
- **N型半导体**:掺入五价元素(如磷),提供额外的自由电子,自由电子成为多数载流子。
- **杂质半导体的示意表示法**:P型半导体以空穴为主,N型半导体以电子为主,多子决定了半导体的主要导电类型。
4. **PN结的形成**
- **扩散与漂移运动**:多子(在P型和N型半导体交界处)会扩散,形成空间电荷区;同时,由于电场作用,少子会发生漂移。
- **动态平衡**:扩散与漂移达到平衡,形成固定厚度的空间电荷区,即PN结。
- **空间电荷区**:区域内电位不均匀,形成内电场。
5. **PN结的特性**
- **单向导电性**:当PN结正向偏置(P端接正,N端接负),内电场减弱,扩散电流增大,导通;反向偏置时,内电场增强,阻止电流流动,呈现高阻态。
这些知识点是电子工程和半导体物理的基础,特别是在模拟电子技术(模电)中,理解和应用PN结对于设计和分析二极管电路至关重要。例如,二极管常被用于整流、稳压、开关和光电转换等应用。