一、半導(dǎo)體
半導(dǎo)體是指導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類物質(zhì)，如硅、鍺、砷化鎵以及大多數(shù)的金屬氧化物等，它們都具有半導(dǎo)體特性。
半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力在不同的條件下有很大的差別。如大多數(shù)半導(dǎo)體對(duì)溫度反應(yīng)敏感，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，它的導(dǎo)電能力要增強(qiáng)許多，利用這種特性可做成熱敏元件。有些半導(dǎo)體在受到光照時(shí)，它的導(dǎo)電能力變的很強(qiáng)，而在無(wú)光照時(shí)，又變得像絕緣體一樣不導(dǎo)電，利用這種特性可做成光敏元件。半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)后其電阻率大大減小，可以做成可控的電子開關(guān)元件。
1.本征半導(dǎo)體
純凈半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。我們以硅和鍺原子的簡(jiǎn)化原子模型來(lái)說(shuō)明，二維晶格結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。在溫度為t=0k和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí)，每一個(gè)電子均被共價(jià)鍵所束縛。在室溫條件下，部分價(jià)電子就會(huì)獲得足夠的能量而掙脫共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，這稱為本征激發(fā)。自由電子是一種帶負(fù)電的載流子，在外加電場(chǎng)的作用下可以移動(dòng)。自由電子移動(dòng)后在原來(lái)共價(jià)鍵中留下的空位稱為空穴，此時(shí)可把空穴認(rèn)為是一個(gè)帶正電的粒子，空穴和相鄰的價(jià)電子很容易復(fù)合，復(fù)合后在相鄰價(jià)電子處形成空穴，這相當(dāng)于空穴的移動(dòng)。在空穴和自由電子不斷地產(chǎn)生的同時(shí)，原有的空穴和自由電子也會(huì)不斷地復(fù)合，形成一種平衡。所以半導(dǎo)體中導(dǎo)電物質(zhì)就是自由電子和空穴。
2.雜質(zhì)半導(dǎo)體
在本征半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能顯著的增加，根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，分為p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體。
（1）p型半導(dǎo)體
在硅（或鍺）中摻入少量三價(jià)元素硼（或銦），形成p型半導(dǎo)體。因?yàn)榕鹪佑腥齻€(gè)價(jià)電子，所以在和周圍的四個(gè)硅原子構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，會(huì)留有一個(gè)空穴，這樣空穴在p型半導(dǎo)體中的數(shù)目遠(yuǎn)大于自由電子的數(shù)目，故p型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子（多子）是空穴，相應(yīng)的少數(shù)載流子（少子）為自由電子。
（2）n型半導(dǎo)體
在硅（或鍺）中摻入少量五價(jià)元素磷（或砷），形成n型半導(dǎo)體。因?yàn)榱自佑形鍌€(gè)價(jià)電子，所以在和周圍的四個(gè)硅原子在構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，會(huì)多出一個(gè)自由電子，這樣自由電子在n型半導(dǎo)體中的數(shù)目遠(yuǎn)大于空穴的數(shù)目，故n型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子（多子）是自由電子，相應(yīng)的少數(shù)載流子（少子）為空穴。
要注意的是，雖然兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增加了，但整體而言仍是中性不帶電的。
二、pn結(jié)的形成
若p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體結(jié)合后，在它們的交界面兩側(cè)分別是空穴和自由電子的高濃度區(qū)，因此在交界面處空穴和自由電子會(huì)發(fā)生從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)并發(fā)生復(fù)合，這樣破壞了原來(lái)p區(qū)和n區(qū)的電中性，p區(qū)由于接受了從n區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的自由電子而成為負(fù)極性區(qū)，n區(qū)由于接受了從p區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)了空穴而成為正極性區(qū)，從帶正電的n區(qū)指向帶負(fù)電的p區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)開始逐漸形成。隨著內(nèi)電場(chǎng)的增加，對(duì)多子擴(kuò)散的反作用增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱；但內(nèi)電場(chǎng)有利于少子的漂移運(yùn)動(dòng)，最終使得交界面處空穴和自由電子的移動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)在p區(qū)和n區(qū)的交界面處形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，這就是所謂的pn結(jié)。如圖1.2所示。
如果在pn結(jié)兩端加上正向電壓，即p區(qū)接電源正極，n區(qū)接電源負(fù)極，稱為pn結(jié)的正向偏置（正偏）。此時(shí)外加電場(chǎng)抵消了內(nèi)電場(chǎng)的一部分作用，使得多子的擴(kuò)散作用增強(qiáng)，形成較大的正向電流，pn結(jié)呈現(xiàn)低阻特性。
如果在pn結(jié)兩端加上反向電壓，即p區(qū)接電源負(fù)極，n區(qū)接電源正極，稱為pn結(jié)的反向偏置（反偏）。此時(shí)外加電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)進(jìn)一步增強(qiáng)了多子的擴(kuò)散的難度，此時(shí)只有少子的漂移作用，形成很小的反向電流，pn結(jié)呈現(xiàn)高阻特性。
正因?yàn)檎螂娏鬟h(yuǎn)大于反向電流，故我們說(shuō)pn結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?br>