材料 - 简介

自然界中的每种材料都具有一定的特性。这些特性决定了材料的行为。材料科学是电子学的一个分支，它涉及研究各种材料或空间中电子在受到各种条件影响时的流动。

由于固体中原子间的混合，能量水平不再是单一的，而是形成了能带。这些紧密排列的能量水平集合被称为能带。

材料类型

价电子所在的能带称为价带，而导电子所在的能带称为导带。这两个能带之间的能量差称为禁带。

从电子学的角度来看，材料大致可分为绝缘体、半导体和导体。

在这三种材料中，绝缘体用于需要电阻的场合，导体用于需要高导电性的场合。半导体则因其用途而备受关注。

半导体是一种电阻率介于导体和绝缘体之间的物质。电阻率并不是决定一种材料是否为半导体的唯一因素，它还具有一些其他特性，如下所示。

半导体器件广泛应用于电子领域。晶体管取代了笨重的真空管，从而降低了器件的尺寸和成本，并且这种变革不断加速，导致了集成电子等新发明。半导体可以分类如下。

处于极纯状态的半导体称为本征半导体。但是，这种纯净形式的导电能力太低。为了提高本征半导体的导电能力，最好添加一些杂质。这种添加杂质的过程称为掺杂。现在，这种掺杂了杂质的本征半导体被称为外延半导体。

添加的杂质通常是五价和三价杂质。根据这些杂质的类型，可以进行另一种分类。当向纯半导体中添加五价杂质时，它被称为N型外延半导体。同样，当向纯半导体中添加三价杂质时，它被称为P型外延半导体。

当电子从其位置移动时，据说那里形成了一个空穴。因此，空穴是电子的缺失。如果说电子从负极移动到正极，则意味着空穴从正极移动到负极。

上面提到的材料是半导体技术的基石。通过添加五价杂质形成的N型材料以电子作为其多数载流子，空穴作为少数载流子。而通过添加三价杂质形成的P型材料以空穴作为其多数载流子，电子作为少数载流子。

让我们尝试理解当P型和N型材料连接在一起时会发生什么。

如果将P型和N型材料彼此靠近，它们就会形成一个结，如下图所示。

P型材料以空穴作为多数载流子，而N型材料以电子作为多数载流子。由于异性电荷相吸，P型材料中的一些空穴倾向于迁移到N侧，而N型材料中的一些电子倾向于迁移到P侧。

当它们都向结点移动时，空穴和电子相互复合以实现中和并形成离子。现在，在这个结点处存在一个正负离子形成的区域，称为PN结或结势垒，如下图所示。

在P侧形成负离子，在N侧形成正离子，导致在PN结的两侧形成一个狭窄的带电区域。这个区域现在没有可移动的载流子。此处存在的离子是静止的，并在它们之间保持一个没有载流子的空间区域。

由于该区域充当P型和N型材料之间的屏障，因此也称为势垒结。它还有另一个名称，称为耗尽区，意思是它耗尽了这两个区域。由于离子的形成，在结点两侧会出现一个电势差V_D，称为势垒电势，因为它阻止了空穴和电子进一步通过结点。这种形成被称为二极管。

当二极管或任何两个端子组件连接到电路中时，它在给定电源下具有两种偏置状态。它们是正向偏置状态和反向偏置状态。

当二极管连接到电路中时，其阳极连接到电源的正极，阴极连接到电源的负极，则这种连接称为正向偏置状态。

这种连接使电路越来越正向偏置，并有助于更多地导电。二极管在正向偏置状态下可以良好地导电。

当二极管连接到电路中时，其阳极连接到电源的负极，阴极连接到电源的正极，则这种连接称为反向偏置状态。

这种连接使电路越来越反向偏置，并有助于最小化和防止导电。二极管在反向偏置状态下无法导电。

通过以上信息，我们现在对PN结有了很好的了解。有了这些知识，让我们继续学习下一章关于晶体管的内容。

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