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由于空穴和自由电子均是带电的粒子 ，所以扩散的结果使P区和N区原来的电中 性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能 移动的带异性电荷的离子层，称此离子层 为空间电荷区，这就是所谓的PN结，如图 1.7所示。在空间电荷区，多数载流子已经 扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了 ，因此又称空间电荷区为耗尽层。
图1.7 PN结的形成
空间电荷区出现后，因为正负电荷的 作用，将产生一个从N区指向P区的内电场 。内电场的方向，会对多数载流子的扩散 运动起阻碍作用。同时，内电场则可推动 少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴 ）越过空间电荷区，进入对方。少数载流 子在内电场作用下有规则的运动称为漂移 运动。漂移运动和扩散运动的方向相反。 无外加电场时，通过PN结的扩散电流等于 漂移电流，PN结中无电流流过，PN结的 宽度保持一定而处于稳定状态。
2. PN结的单向导电性
如果在PN结两端加上不同极性的电压 ，PN结会呈现出不同的导电性能。
（1）PN结外加正向电压
PN结P端接高电位，N端接低电位， 称PN结外加正向电压，又称PN结正向偏 置，简称为正偏，如图1.8所示。
图1.8 PN结外加正向电压
（2）PN结外加反向电压
PN结P端接低电位，N端接高电位， 称PN结外加反向电压，又称PN结反向偏 置，简称为反偏，如图1.9所示。
图1.5 P型半导体共价键结构
P型半导体中，空穴为多数载流子（ 多子），自由电子为少数载流子（少子） 。P型半导体主要靠空穴导电。
1.1.3 PN结及其单向导电性
1. PN结的形成
多数载流子因浓度上的差异而形成的 运动称为扩散运动，如图1.6所示。
图1.6 P型和N型半导体交界处载流子的扩散
第1章 半导体器件基础
1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 半 导 体 三 极 管 1.4 场 效 应 管
1.1 半导体基础知识
自然界中的物质，按其导电能力可分 为三大类：导体、半导体和绝缘体。
半导体的特点： ①热敏性 ②光敏性 ③掺杂性
1.1.1 本征半导体
完全纯净的、结构完整的半导体材料 称为本征半导体。
在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微 量的五价元素，如磷（P）、砷（As）等 ，则构成N型半导体。
五价的元素具有五个价电子，它们进
入由硅（或锗）组成的半导体晶体中，五 价的原子取代四价的硅（或锗）原子，在 与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时， 因为多一个价电子不受共价键的束缚，很 容易成为自由电子，于是半导体中自由电 子的数目大量增加。自由电子参与导电移 动后，在原来的位置留下一个不能移动的 正离子，半导体仍然呈现电中性，但与此 同时没有相应的空穴产生，如图1.4所示。
图1.10 不同结构的各类二极管
图1.11所示为二极管的符号。由P端引 出的电极是正极，由N端引出的电极是负 极，箭头的方向表示正向电流的方向，VD 是二极管的文字符号。
图1.11 二极管的符号
常见的二极管有金属、塑料和玻璃 三种封装形式。按照应用的不同，二极 管分为整流、检波、开关、稳压、发光 、光电、快恢复和变容二极管等。根据 使用的不同，二极管的外形各异，图 1.12所示为几种常见的二极管外形。
（4）温度升高，激发的电子空穴对数 目增加，半导体的导电能力增强。
空穴的出现是半导体导电区别导体导电的 一个主要特征。
1.1.2 杂质半导体
在本征半导体中加入微量杂质，可使 其导电性能显著改变。根据掺入杂质的性 质不同，杂质半导体分为两类：电子型（ N型）半导体和空穴型（P型）半导体。
1. N型半体
图1.12 常见的二极管外形
1.2.2 二极管的伏安特性及主要参数
1.二极管的伏安特性
二极管两端的电压U及其流过二极管 的电流I之间的关系曲线，称为二极管的 伏安特性。
（1）正向特性
图1.3 束缚电子填补空穴的运动
3.结 论
（1）半导体中存在两种载流子，一种 是带负电的自由电子，另一种是带正电的 空穴，它们都可以运载电荷形成电流。
（2）本征半导体中，自由电子和空穴 相伴产生，数目相同。
（3）一定温度下，本征半导体中电子 空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴 对的数目相对稳定。
本征半导体中，自由电子和空穴成对 出现，数目相同。图1.2所示为本征激发所 产生的电子空穴对。
图1.2 本征激发产生电子空穴对
如图1.3所示，空穴（如图中位置1）出 现以后，邻近的束缚电子（如图中位置2） 可能获取足够的能量来填补这个空穴，而在 这个束缚电子的位置又出现一个新的空位， 另一个束缚电子（如图中位置3）又会填补 这个新的空位，这样就形成束缚电子填补空 穴的运动。为了区别自由电子的运动，称此 束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。
1.本征半导体的原子结构及共价键
共价键内的两个电子由相邻的原子各 用一个价电子组成，称为束缚电子。图1.1 所示为硅和锗的原子结构和共价键结构。
图1.1 硅和锗的原子结构和共价键结构
2.本征激发和两种载流子
——自由电子和空穴
温度越高，半导体材料中产生的自由 电子便越多。束缚电子脱离共价键成为自 由电子后，在原来的位置留有一个空位， 称此空位为空穴。
图1.9 PN结外加反向电压
PN结的单向导电性是指PN结外加正 向电压时处于导通状态，外加反向电压时 处于截止状态。
1.2 半导体二极管
1.2.1 二极管的结构及符号
半导体二极管同PN结一样具有单向导 电性。二极管按半导体材料的不同可以分 为硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等 。可分为点接触型、面接触型和平面型二 极管三类，如图1.10所示。
图1.4 N型半导体的共价键结构
2.P型半导体
在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微 量的三价元素，如硼（B）、铟（In）等 ，则构成P型半导体。
三价的元素只有三个价电子，在与相
邻的硅（或锗）原子组成共价键时，由于 缺少一个价电子，在晶体中便产生一个空 位，邻近的束缚电子如果获取足够的能量 ，有可能填补这个空位，使原子成为一个 不能移动的负离子，半导体仍然呈现电中 性，但与此同时没有相应的自由电子产生 ，如图1.5所示。