（一）半导体的概念以及PN结的讲解，二极管基础

本征半导体

半导体
概念:常温下导电性能介于绝缘体和导体之间的材料。
本征半导体:完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。

本征半导体的晶体结构

载流子
本征激发:电子逃脱共价键的束缚变成自由电子的过程，相应的也会产生空穴。
自由电子带负电，空穴相对来说带正电。

复合:自由电子做自由运动又撞进空穴的怀里的过程就是复合。
本征激发与温度有关，温度越高运动越剧烈，复合与自由电子浓度有关，自由电子浓度越高相应复合也越激烈。

杂质半导体

概念
本征半导体内掺入少量的杂质元素。
N型半导体
含义:N型半导体，N指的是negative:负，掺杂的元素是五价磷元素p，所以一个磷与四个硅形成共价键的同时会产生一个自由电子和一个带正电的磷离子。N型半导体并不是带负电，而是自由电子是多子，空穴是少子。
P型半导体
含义:P型半导体，P指的是positive:正。掺杂的元素是三价硼元素B，所以一个硼和四个硅形成共价键的同时会产生一个空穴和带负电的硼离子。同理，空穴是P型半导体的多子，自由电子是少子。

如下图:

PN结

PN结的形成
扩散运动:扩散运动就是物质从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象。

空间电荷区:单纯的P型半导体或者N型半导体是没有办法达到我们所说的单向导电性。但是当两种半导体合并在一起的时候，因为P型半导体掺杂的是三价B（硼元素），多子是空穴，而N型半导体多子是自由电子，所以当合并到一起的时候，就会彼此发生扩散运动。但是扩散运动并不会永无止境的进行。直到形成如下图的空间电荷区。
空间电荷区的电场方向从N→P，所以对于两方的多子来说，内电场也就是空间电荷区会变成阻碍双方多子的扩散势垒。但是内电场对于彼此的少子而言，又是一个加速电场，双方少子在内电场作用下的运动就是漂移运动。
而所谓的空间电荷区也就是我们口中的PN结啦。

对称结:P型半导体和N型半导体掺杂杂质浓度相同并形成PN结的时候，PN结是对称的，而当一方掺杂杂质浓度较少的时候，浓度较小的一方结较大，此时不对称。

PN结的单向导电性

外加正向电场:P接正极N接负极，此时外电场与内电场方向相反，势垒的作用会被抵消，但是只抵消一点内电场，多子的运动还不够明显，当外电场到达一定值的时候，多子的运动（电流）再随外电场的增加而成指数增加，此时的外电场电压就是PN结的开启电压。

外加反向电场:P接负极N接正极，此时内电场和外电场方向相同，PN结被加厚，双方多子的运动被进一步限制，但是漂移运动被加强，漂移运动产生的电流就是漏电流。漏电流极其微小，一般在几uA。

PN结的电流方程
I=Is*（e^U/Ut-1）
Is为反向饱和电流（漏电流）
U导通电压
Ut温度当量。室温取26mv

PN结的导通特性
正向特性:带死区电压，正向电压超过死区电压之后，电流成指数增加

反向特性:低于击穿电压只有反向的漏电流，当高于击穿电压的时候，二极管被击穿，电流瞬间变大，可用作稳压。

雪崩击穿:当掺杂浓度较低的时候，PN结较宽，外加反向电压变大，PN结就成为了一个粒子加速器，双方少子经过加速之后获得很大的能量，这个能量大到足以打散共价键，就会产生更多的电子与空穴，此时电流瞬间变大，这个击穿的过程也就是雪崩击穿。温度越高，雪崩击穿所需要电压越高，因为晶格结构的震动使粒子很容易撞在共价键上，加速时间变短所以需要更大的电压。

齐纳击穿:当掺杂浓度较高的时候，PN结很窄，反向电压变大，PN结窄场强很大，价电子可以直接从共价键中拉出来。温度越高，齐纳击穿所需要的电压越低。

通过控制掺杂浓度，可以控制击穿电压，掺杂浓度越高击穿电压越低，此时是齐纳击穿，掺杂浓度越低击穿电压越高，此时是雪崩击穿。

PN结之间的电容效应
电容是表征电量与电压之间的关系，PN结一边是负电荷，一边是正电荷，而且随着电压的增大，PN结变变宽或变窄，与电容的特性相同，这个电容发生在势垒里面，称为势垒电容。而PN结的两侧的电荷量也随着电压的变化而变化，所以PN结两侧也存在电容，这个电容叫做扩散电容，他是由非平衡少子和电压之间的关系构成的。