一、導體

1、導體原子結構

銅是良導體，其原子結構見圖1，第一層2個電子，第二層8個電子，第三層18個電子，最外層只有一個電子。

圖1：銅原子結構圖

2、價帶與核心

原子的最外層電子軌道稱為價帶軌道，他決定著原子的電特性，銅原子內部簡化見圖2，叫做核心。

圖2：通原子的核心

3、自由電子

原子核心與價電子之間的吸引力很小，外力非常容易使這個電子脫離銅原子，這就是價電子經常稱為自由電子的原子的原因，也是銅成為良導體的原因，外加微小的電壓，自由電子就在電場的作用下形成定向移動，也就是形成電流。最好的導體是銅、銀、金，他們都可以用圖2的核心圖表示。

二、半導體

最好的導體都有一個價電子，最好的絕緣體都有8個價電子，半導體介於導體和半導體之間，最好的半導體都有4個價電子。

1、鍺半導體

早期半導體元器件使用的唯一原材料，但是鍺半導體存著致命的缺陷，反向電流過大，後來硅半導體的實用化，大部分器件開始使用硅製造！鍺應用的很少了。

2、硅半導體

硅是地球上除氧外含量最豐富的元素，早期硅的提純技術制約了硅的應用，提純技術突破後，硅成為半導體的首要材料，硅的原子結構和核心見圖3和圖4。

圖3：硅原子結構圖

圖4：硅原子核心

三、硅晶體

硅原子結合成固體時，他們排列具有規律性，稱為硅晶體。

1、共價鍵

硅晶體中的的共價鍵，見圖5。

圖5：硅晶體中的共價鍵

2、價帶飽和

每個硅原子價帶軌道中都有8個電子，8個電子的穩定結構使硅形成穩定的固體，沒有人知道為什麼原子的最外層軌道為什麼都趨向於8個電子，如果一個元素最外層沒有8個電子，那麼這個元素就與其它元素結合共享電子，以使最外層達到8個電子。

3、空穴

在一定的溫度下，硅晶體形成一個自由電子的同時會產生一個空穴，即空穴和電子成對出現。

圖6：自由電子和空穴

4、複合與壽命

純淨的硅中，電子和空穴會結合，導致電子和空穴的消失，稱為複合，一定條件下，產生的電子和空穴與複合的速度是平衡的，也就是電子和空穴的濃度保持一個穩定的水平。

四、本徵半導體

本徵半導體是指純淨半導體，如果晶體中每個原子都是硅原子就稱為硅本徵半導體。

1、自由電子的流動

假設本徵半導體中只有一個空穴和電子，圖7中電子在正極的吸引下，負極電場的排斥下，從右側向左側運動，形成電子的流動。

圖7：電子和空穴的移動

2、空穴的流動

空穴被A複合，A點形成新的空穴，A空穴又可以捕獲新的電子，形成新的空穴，這樣空穴就以ABCDEF的順序移動，如同一個正電荷在運動。

五、兩種電流

本證 半導體中，在外加電壓下，形成兩種大小相同，方向相反的電流，圖8所示。注意，在半導體之外也就是導體中沒有空穴的流動。

圖8：本證半導體中的兩種電流

六、半導體摻雜

提高半導體導電能能力的辦法就是摻雜，提高電子或者空穴的濃度。

1、增加電子（N型半導體）

將硅融化，破壞掉共價鍵，然後加入5價電子，如砷、銻、磷等，形成更多的電子，見圖9。

圖9：N型半導體

2、增加空穴（P型半導體）

將硅融化，破壞掉共價鍵，然後加入3價電子，如鋁、硼、鉀等，形成更多的空穴，見圖10。

圖10：P型半導體

七、無偏置二極管

1、無偏置PN結

P型半導體和N性半導體結合構成PN結。見圖11。

圖11：無偏置PN結

2、耗盡層

N區電子在本區域電子的排斥下，在P區空穴的吸引下，越過PN結與P區空穴結合形成偶極子，隨著複合的不斷進行，PN結附近載流子將進入衰竭狀態形成耗盡層，見圖12。

圖12：PN結耗盡層

3、勢壘電壓

隨著擴散的進行，偶極子增多，每個偶極子都有一個電壓，這個電壓將阻止電子的進一步擴散，並形成一個電壓，這個電壓叫做勢壘電壓。鍺二極管約為0.3V，硅二極管約為0.7V。

八、PN結正向偏置

1、PN結正向偏置

如圖13中給PN結加上電壓，稱作正向偏置。

圖13：PN結正向偏置

2、PN 電流

正向偏置電路中，電子受到右側的排斥和左側的吸引作用，當外加電壓小於勢壘電壓時，電子無法通過耗盡層，不能形成電流。當外加電壓超過勢壘電壓後，N區電子通過耗盡層與P區的空穴結合形成電流，同時空穴從左向右移動形成空穴電流。

九、PN結反向偏置

1、反向偏置

給PN結加上如圖14的電壓後稱為PN結反向偏置。

圖14：PN反向偏置

2、耗盡層變寬

反向偏置後，N區電子被電池正極吸引，P區電子被排斥進入N區，然後在電場的作用下再次達到一個新的平衡，耗盡層變寬了，見圖15。

圖15：PN結在反向電壓下耗盡層變寬

3、少子電流

在耗盡層穩定後，還會有電流存在嗎？答案是有的，因為分子熱運動的原因，PN結附近還會激發出少量的電子和空穴，耗盡層中的少子會部分的穿過PN結，這時就會形成一個 微小的電流，也就是PN反向偏置時會有一個反向的持續的小電流。

4、表面漏電流

除了少子形成的反向電流外，二極管表面存在著一個小電流，這時由於結構缺陷和雜質引起的。

二極管的反向電流加上表面漏電流統稱為二極管反向電流。

十一、擊穿

因為少子的存在，當電壓加大時，少子的動能加大，在運動過程中會與原子發生碰撞，當電子的動能足夠大時，會碰撞出更多的電子，這些電子動能繼續增大，碰撞出更多的電子，形成雪崩。

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