硬件基础——PN结

1. 本征半导体

本征半导体(Intrinsic Semiconductor)：不含杂质的半导体成为本征半导体，主要有单晶硅和单晶锗。

2. 自由电子与空穴

半导体硅和锗的最外层有四个电子，为处于稳定状态，每个原子的价电子都要和相邻原子的价电子配对，形成共价键。但共价键中的电子没有结合的那样紧密，由于能量激发，一些电子会成为自由电子。同时，某处共价键失去一个电子形成空穴。自由电子和空穴总是成对出现。

3. 本征半导体的导电性

在本征半导体两端加电压，自由电子向正向移动，形成电子电流；空穴向负极移动，形成空穴电流。但由于两种载流子数量很少，所以本征半导体的导电性很弱。

4. P型半导体和N型半导体

如果向本征半导体中掺入少量的杂质，半导体的导电性会大大提高。在单晶硅中掺入少量的五价磷或三价硼，就构成了N型半导体和P型半导体。以P型半导体为例，由于硼有3个价电子，和相邻硅原子形成共价键时，因缺少一个电子而多一个空穴，从而空穴变多形成P型半导体。

5. PN结的形成

将一块本征半导体的两边掺入不同的元素，一边为P型，另一边位N型。由于两边的载流子浓度不同，会产生扩散现象。

在扩散的过程中，一边失去自由电子带正电，一边失去空穴带负电，这样在P区和N区的交界处形成了一个内电场。N结内电场的方向由N区指向P区。

在内电场的作用下，两边的电子和空穴会做漂移运动。过一段时间，扩散和漂移运动达到了平衡。最后在交界面形成了一定厚度的空间电荷区，即PN结。

6. PN结的导电性

当加正向电压，扩散加剧，内电场被消耗，导通电流较大。

当加反向电压，漂移加剧，内电场被增强，导通电流较小。

因此，PN结具有单向导通性。