放大器的前身-二极管

放大器是半导体，讲半导体，就要从二极管来介绍了，介绍二极管又得从电子运动来讲解，讲解电子运动还要从原子结构诉说，感觉在套娃。

那就开始吧。

原子模型是人们对物质世界微观结构的认识而建立的模型。人们普遍接受的原子模型为由原子核（质子和中子）和电子构成，电子绕核做不规则运动，形成的电子云模型（如图一，外层蓝色的为电子云，内部红色区域为原子核）

电子绕核做不规则运动，且没有固定的轨道，但是为了更方便解释，本文以波尔原子模型（图二）进行讲解。

根据波尔模型理论，电子越靠外层越容易脱离原子核束缚，反之束缚性越强。

我们知道硅的最外层电子是4，相对稳定，常态下是不导电的，后面就以硅原子为例进行讲解

下面硅Si的最外层运动，如图三（这个是我做的GIF，为做这个图，草草地学了一下flash 软件，我可真是个大聪明，布灵布灵~~~）

图三

最外层电子实际上是在球面上做不规则的运动（本文以波尔模型为例），因为flash是2D软件，我搞不出来3D动图，为了讲解方便，我做了规则运动，大家不要认为是在2D平面上做规则运动哈

当很多很多硅原子在一起，相邻的两个原子最外层电子不但各自围绕自身的原子核运动，而且还出现在相邻的原子核的轨道上，成为共用电子，这样的组合称为共价键。在没有外来能量干扰的情况下，共价键具有稳定性，如图四。

当我们在众多硅原子中插入一个3价的硼原子时（如图五），因硼原子最外层只有三个电子，相邻的硅原子少了一个共价键，此时，没有共价键的电子（红色的电子）少了一层束缚，稍微活跃一些，在热力学温度为零时，其仍然围绕硅原子做运动（如图六）

为了便于理解，其他电子我这边做动图的时候没让其运动，实际上他们都是各自围绕自己的原子核和相邻的原子核进行运动的

图六

如果此时，受到一定温度的热量（如果要具体数值的话，公式有点多，不在此介绍）干扰，则该电子会脱离原子核束缚做无序运动，如图七

图七

根据前面所说的共价键的特性，电子会从一个原子跳到另一个相邻的原子核的轨道上进行运动，当有外界温度或能量影响的时候，此时电子会变成自由移动的电子（称之为自由电子），会发生迁移，自由电子A占据了电子B的空位，电子B又占领了C的空位，...，以此类推，如图八

在图八上，B原子的轨道上会有一个“空位”（空位为电中性，为了便于理解，会标注为带 “正电”，实际的正电为失去电子的硅原子核中的质子）---称之为空穴，当受热后，有其他硅原子外围电子运动到此处时候，和硼原子相邻的硅原子外围电子形成了共价键，填补了这个空位，那么硼原子就变成了多带一颗电子的负离子，硼原子是不可移动。

当我们在大量的硅原子组成的晶体中掺杂一些硼原子，在外加电场或加热的情况下，会出现大量的自由电子移动。

当我们将硼原子按照某种阵列掺杂后，电子流动就具有一定的区域性（如图九）

如果我们外加一个具有方向性的能量给他的时候，那么电子运动就具有了方向性，从而形成了电流（电流方向和电子移动方向相反）

掺杂硼原子后，常态下，会形成很多空穴，自由电子相对较少，空穴越多，导电性能越强，为了便于理解，我们将空穴赋予带正电（实际上空穴是电中性的，因为是靠空穴吸引电子，而电子是带负电的，为方便理解，赋予空穴正电荷位），我们称这种类型的半导体为P型半导体（P：Positive---中文意思：积极的，正的）

同理，如果我们将5价的磷掺杂进去，因为磷原子最外层是5个电子，比硅原子多了一个，此时，共价键外就多了一个束缚较少的自由电子，如图十。

在这种掺杂的情况下，自由移动的电子填补共价键中电子移动后形成的空位（空穴）（有点像偷家^_^,张三（共价键电子）出差了，隔壁老王（自由电子）来偷家（空穴）），因自由移动的电子（没有共价键的电子）比空穴要多，电子带负电，因此我们称之为N型半导体（N：Negative---中文意思：消极的，负的）

单纯的P型半导体和N型半导体导电性相对导体来说弱很多，为了改善这种情况，大佬们搞出PN结，即将P型半导体和N型半导体结合为一个整体（如图十一（a））。

经过一段时间相处后，相互感情趋于稳定，不再山崩地裂了,开始准备过日子，于是PN结就变成了图十一（b），在交界处，因库仑力的影响，P区出现了负离子区（多了一个电子），N区出现了正离子区（少了一个电子），称之为空间电荷区，空间电荷区相对稳定，两侧的P,N区也趋于相对稳定状态。P型和N型半导体交界面，我们叫PN结，根据库仑力原则（同性相斥，异性相吸），PN结具有单向导电性。

我们知道，原子外层电子会受到库仑力的影响，当我们给PN结加正向电压的时候（即P区接正电，N区接负电），电场持续给PN结提供电压，电荷将在电场力量的作用下进行具有方向性地移动如图十二（a），动图如图十二（b）（做图的时候，N型做的小了一些，这个没有太大关系，实际使用的PN结也是有这种的，PN结不一定是相等的）

图十二（b）

对比图十一（B）和图十二（a），我们会发现，空间电荷区变小了，这是因为在外电场的作用下，电子受到库仑力的作用，电子和空穴向中间移动（实际上是自由电子变多，多出来的自由电子填补了之前的空穴）。

以上为PN结原子结构示意图，根据PN结工作原理，制作了二极管。我们看一下两种实际的二极管物理结构（如图十三），根据性能需求，物理结构多种多样，在此就罗列两种具有代表性的，一个是P型和N型大小一样的，一个是N和P大小不一致的。当然这里仅仅是最简单的基础物理结构，根据工艺制程和性能需求还有很多其他复杂结构。