8 半导体器件。
电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学，因此，学习电子技术，必须了解电子器件。电子器件的类型很多，目前使用得最广泛的是半导体器件——二极管、稳压管、晶体管、绝缘栅场效应管等。本章主要简单介绍这些器件的外部特性。
也就是，介绍它们作为一个电路元件从其出线端表现出的电压、电流关系——技术上叫作“伏安特性”。
8.1 半导体的基础知识和pn结。
8.1.1半导体的导电特性。
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。制造半导体器件的常用材料有半导体单晶硅（si）或单晶锗（ge）,这种由单一的硅或锗原子的价电子构成的晶体称为本征半导体。当半导体两端加上外电压时，半导体中将会出现电荷的两种运动方式，一种是带负电的自由电子在电场作用下，作定向运动，形成电子电流。
另一种是在电场作用下，有空穴的原子吸引相邻原子中的价电子填补这个空穴，同时，失去一个价电子的相邻原子的共价键结构被破坏，出现了另一个空穴，它也可以由相邻原子中的价电子来递补。如此类推，形成了空穴的递补。所以这种仍被原子核束缚的价电子递补空穴形成了空穴运动，称为空穴电流。
在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电二种导电方式，这是半导体导电方式的显著特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质区别。运载电荷的带电粒子称为载流子，在半导体中由于存在着电子电流和空穴电流两种导电方式，所以自由电子和空穴都是载流子。
在本征半导体中，自由电子与空穴都是成对出现的，在通常情况下，本征半导体中的载流子的数量是极其微弱的，其导电能力很差。当温度增加，或受其他能量的激励（如光照），电子的运动加剧，载流子的数目增加，导电性能也就愈好，所以温度对半导体器件的性能影响很大。
8.1.2n 型半导体和p型半导体。
在本征半导体（如硅）中， 用扩散等工艺掺入少量的五价元素（如磷）,一个磷原子外层有五个价电子， 它在晶体中替代硅原子的位置后，四个价电子与硅原子的价电子形成共价键，多出的一个价电子不受共价键的束缚，它很可能被激发为自由电子，这样，晶体中将产生大量多余的自由电子，自由电子的浓度大大增加，导电能力大大提高。在掺有五价元素的半导体中，自由电子的数量很多，称为多数载流子；而空穴的数量很少，称为少数载流子，因而这种半导体材料中主要靠电子导电。以自由电子导电作为主要导电方式的半导体称为电子型半导体，简称为n型半导体。
在本征半导体（如硅）中，当掺入了少量的三价元素(如硼)，晶体中的硼原子就替代硅原子，由于硼原子外层只有三个价电子，在与硅原子的价电子组成共价键时，将出现一个空穴。这时晶体中空穴的浓度大大增加，导电能力提高，在这种半导体中，空穴的浓度很大，所以空穴是多数载流子；自由电子的浓度很小，所以自由电子是少数载流子。因而这种掺有三价元素的半导体材料中，其导电方式主要是空穴导电，这种半导体称为空穴型半导体，简称为p型半导体。
p型半导体和n型半导体，虽然都有一种多数载流子和一种少数载流子。但整个晶体仍是中性的，不带电。它们是各种半导体器件的基本组成部分。
8.1.3 pn结。
如果在一块晶体上，采取一定的掺杂工艺。在两边分别形成p型半导体和n型半导体，那么在它的交界面上就形成了pn结。当p型半导体和n型半导体共处一体以后，在它们交界面两边的自由电子、空穴的浓度不同，在p区，空穴的浓度大，自由电子的浓度小；而在n区，自由电子的浓度大，空穴的浓度很小。
因此，n区的自由电子要向p区扩散，p区的空穴要向n区扩散，如图8.1-1（a）所示。这种扩散运动首先是从交界面处开始的，n区内的自由电子扩散到p区后与p区的空穴复合，从而导致n区减少自由电子，形成了带正电的空间电荷区；同样p区的空穴与自由电子复合，减少了空穴，形成带负电的空间电荷区。
这样，在p型半导体和n型半导体交界面的两侧就成了一个空间电荷区。
空间电荷区产生后，在半导体内部出现内电场，内电场的方向从n区指向p区，内电场的出现，使载流子在电场力的作用下，产生漂移运动，内电场使得p区内的电子要漂移到n区。当空间电荷区比较薄时，内电场较弱，载流子的扩散运动强于漂移运动，但随着扩散运动的进行，空间电荷区的厚度增加，内电场加强，使扩散运动减弱，漂移运动加强，最后将导致载流子的扩散运动与漂移运动达到动态平衡。这时，空间电荷区的宽度不再增加，并且保持相对平衡，因而pn结交界面的载流子运动处于相对的稳定状态。
在半导体内部出现的空间电荷区，称为阻挡层或pn结。
8.1.4 pn结的单向导电性。
pn结在没有外加电压作用的情况下，半导体中的扩散运动和漂移运动处于动态平衡。
如果在pn结上加正向电压，即外电源的正端接p区，负端接n区，（即pn结正向偏置）这时，外电场与内电场的方向相反，因此，扩散运动和漂移运动的平衡被破环，削弱了内电场，使空间电荷区变窄，多数载流子的扩散运动增强，形成了较大的扩散电流（正向电流），在一定范围内，外电场愈强，正向电流（由p区流向n电流）愈大，这时pn结呈现的电阻很低。若给pn结加上反向电压，即外电源的正端接n区，负端接p区。（即pn结反向偏置）则外电场与内电场方向一致，也破坏了载流子扩散和漂称运动的平衡，外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移动，使得空间电荷增加，空间电荷区变宽，内电场增加，使多数载流子的扩散运动难以进行。
但另一方面，内电场的增强也加剧了少数载流子的漂移运动，在外电场的作用下，p区中的自由电子（少数载流子）越过pn结进入n区，在电路中形成了反向电流（由n区流向p区的电流）。由于少数载流子的数量很少，因此，反向电流不大，即pn结呈现的反向电阻很高。
由以上的分析可知，pn结具有单向导电性。即在pn结上加正向电压时，pn结电阻很低，正向电流较大，pn结处于导通状态。在pn结上加反向电压，pn结电阻很高，反向电流很小，pn结处于截止状态。
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