1-二极管

• 单向导电性。正向外加电压时极向导通（箭头方向导通），反向外加电压时电流极小，处于截止状态。

半导体

本征半导体

• 半导体：导电能力介于导体和绝缘体。本征半导体：Si、Ge 单晶

• 本征激发：温度升高或受光照，产生自由电子-空穴对 $\Rightarrow$ 两种载流子使半导体导电（可制成光敏、热敏元件）
  

• 复合：热运动过程中，自由电子回到空穴

• 热平衡载流子浓度 $n_i$：激发=复合

  • 随着温度 $T$ 升高， $n_i$ 迅速增大 ($T\uparrow \Rightarrow n_i\uparrow$)。但室温下本征导电能力依然极其微弱

杂质半导体

类型	掺杂	多子	固定杂质离子
N 型	五价元素(P、Sb)	电子 $n_0$	施主(donor)正离子 $N_d$
P 型	三价元素(B、In)	空穴 $p_0$	受主(acceptor)负离子 $N_a$

• N 型：五价杂质多出的电子易成为自由电子
• P 型：三价杂质形成空穴、易接受电子

多子、少子的热平衡浓度

条件	公式	备注
热平衡	$n_0{p}_0=n_i^2$	P 型半导体同理
电中性	$n_0=N_d+p_0$

若满足 $N_d\gg n_i$ ，公式可以简化为

$$n_0\approx N_d,p_0\approx \frac{n_i^2}{N_d}$$

• 在本征半导体中微量掺杂不同性质的元素，可大幅改变其导电性能
• 杂质补偿：通过在一块半导体中依次掺入不同性质的杂质，可改变b半导体类型。可用于制造PN结

多子与少子的温度特性

• 多子浓度：在一定温度范围内主要取决于掺杂浓度
• 少子浓度：随温度升高时少子浓度显著增加

高温情况

温度足够高时，$n_i、p_0$升高，若 $p_0\approx n_0$ ($N_d\approx n_i$)，则杂质半导体转换为本征半导体

半导体的导电机理

机制	起因	方向判断	核心式
漂移	外加电场 $E$	产生的电流顺电场	$J_t=q(p{\mu }_p+n{\mu }_n)E=\sigma E$
扩散	载流子浓度不均匀	载流子逆浓度梯度移动	J_{nd}=qD_n\frac{dn}{dx}$$J_{pd}=-qD_p\frac{dp}{dx}

• $\mu$：迁移率，表示单位电场下的漂移速度；一般 ${\mu }_n>{\mu }_p$，且温度或掺杂浓度升高时 $\mu$ 降低。
• $D$：扩散系数；一般 $D_n>D_p$，温度升高时 $D$ 增大。

PN 结

• 利用杂志补偿制作(保持晶格的连续)，实际为不对称结

动态平衡与阻挡层

阻挡层(空间电荷区域)：扩散电流、漂移电流动态平衡，认为无载流子
内建电势差 $V_B$：温度升高，电势差下降
阻挡层宽度：任意一侧宽度与其参杂浓度成反比（阻挡层电中性）。总宽度$l_0\propto \sqrt{V_b}$，温度升高，杂质浓度升高，总宽度变小

热电压

$V_T=\frac{k}{q}T$
室温 $T=300K$ 时，$V_T{\approx }_{26}mV$