在本教程中，我们将了解半导体的介绍，因为它们是电子学的重要组成部分。在了解半导体二极管、晶体管等器件之前，了解一些半导体的导电性、能隙和基本类型是很重要的。
本教程的这一部分将为轻松学习PN结奠定关键基础，这是接下来要做的。
大纲
简介
在电子电路和电路中有两种半导体元件。它们是有源和无源组件。在电子设计电路中，二极管是最重要的有源元件，电阻是最重要的无源元件。二极管本质上是由半导体材料制成的具有指数关系的电流-电压特性的单向器件。
电子学中使用的三种必要材料是绝缘体、半导体和导体。这些材料按电现象分类。电阻率也被称为电阻，是一种衡量材料阻挡电流流过的效率的指标。
电阻率的质量单位为欧姆计[Ω m]。低电阻率的材料表明电荷在整个半导体中的有效运动。
半导体是电阻率值介于绝缘体和导体之间的材料。这些材料既不是智能绝缘体，也不是智能导体。它们只有几个自由电子，因为它们的原子以一种被称为“晶格”的极端晶体形式紧密结合在一起。半导体的样品是硅和锗。
半导体在电子电路和集成器件的制造中具有很高的重要性。在制造过程中，通过改变掺杂的温度和浓度，半导体的导电性可以很容易地改变。在半导体材料中，通过向晶体晶格中添加一定量的杂质，产生比空穴更多的自由电子，半导体材料的导电能力大大提高。
加入少量杂质，半导体材料的性质就会发生很大的变化。通过在硅晶格中加入杂质原子来改变电子和空穴之间的平衡的过程被称为掺杂。这些杂质原子被称为掺杂剂。根据掺杂材料的类型，半导体晶体被分为两种类型，特别是n型半导体和p型半导体。
v族元素如磷、锑、砷等通常被归类为n型杂质。这些元素有五个价电子。当n型杂质掺杂到硅晶体中时，五个价电子中的四个与相邻的晶体原子形成四个强共价键，留下一个自由电子。
同样，每个n型杂质原子在导带中产生一个自由电子，如果对材料施加电势，该电子将漂移以传导电流。n型半导体也可称为供体。
iii族元素如硼、铝、镓和铟通常被归类为p型杂质。这些元素有三个价电子。当p型杂质掺杂到硅晶体中时，三个价电子都与相邻的晶体原子形成三个强共价键。
在形成第四个共价键时缺少电子，这种缺乏被称为空穴。同样，每个p型杂质原子在价带中产生一个空穴，如果对材料施加电势，该空穴将漂移以传导电流。p型半导体也可称为受体。
电阻率
每一种材料都有一种特性，它有助于根据不同材料的导电能力进行比较，这种特性被称为电阻率。电阻率可以用电线的电阻R和横截面积A除以电线的长度L来近似表示。
电导率，即电阻率的倒数，共同表征了材料允许电流通过的程度。感应导体电阻率低，导电性高。电阻率很大程度上取决于材料中杂质原子的存在和材料的温度，即室温(20ºC)。
对于各种导体、半导体和绝缘体，电阻率值随温度的变化呈线性变化。每摄氏度的温度变化所产生的电阻变化称为电阻的温度系数。这个因子用字母“alpha”(α)表示。
对于一种材料来说，正的温度系数意味着它的电阻随着温度的升高而增加。纯导体通常具有正的电阻温度系数。一种材料的负系数意味着它的电阻随着温度的升高而减小。
半导体材料(碳、硅和锗)通常具有负的电阻温度系数。不同材料的电阻率值和温度系数见下表。
导体
导体由低阻材料制成，其电阻率值为每米微欧姆(µΩ/m)。极低电阻率为1 ×欧姆数量级的金属称为导体。这些金属有大量的自由电子。
这些自由电子离开母原子的价电子层，形成电子漂移，称为电流。因此，金属是极好的导电体。
铜、铝、金、银等金属和碳等非金属都是古老的导电材料。大多数金属导体是电的良导体，具有较小的电阻值和较高的导电值。
在传导过程中，热量在全身流动。在传导过程中，这种热流可以被认为是能量的损失，在达到室温(即25°C)后，损失随着温度的升高而增加。
绝缘体
与导体不同的是，绝缘体由非金属组成，其电阻率值约为1 x欧姆。非金属只有少量或没有自由电子通过它或在父原子结构内流动，因为最外层的电子在一对原子之间以共价键紧密结合。由于电子带负电，价电子层内的自由电子很容易被原子核内带正电的粒子吸引。
由于没有自由电子，当施加正电位时，就不会有电流流过具有绝缘性能的材料。因此，绝缘体(非金属)是极差的导电体。
玻璃、塑料、橡胶、木材、沙子、石英和聚四氟乙烯等非金属都是绝缘体的典型例子。玻璃绝缘体用于初级电压电力传输。绝缘体被用作热、声和电的保护层。
半导体
半导体的电学性质介于绝缘体和导体之间。完美半导体的聪明例子是硅(Si)，锗(Ge)和砷化镓(GaAs)。这些元素在形成晶格的父原子结构中只有几个电子。
硅是基本的半导体材料，在外壳内包含四个价电子，与四个相邻的硅原子形成四个强共价键，这样每个原子与相邻的原子共享一个电子，形成一个强共价键。硅原子以晶格形式排列，形成晶体结构。
通过向半导体提供外部电势，并将杂质掺杂剂掺入半导体晶体中，从而产生正负电荷孔，用硅半导体晶体传导电流是可行的。
纯硅原子的结构
硅原子有14个电子;然而，轨道排列只有4个价电子可供可供选择的原子共享。这些价电子在光电效应中起着至关重要的作用。大量的硅原子结合在一起形成晶体结构。
在这种结构中，每个硅原子与相邻的硅原子共用四个价电子中的一个。硅晶体由五个硅原子组成的一系列规则单元组成的固体硅晶体这种有规则和固定排列的硅原子被称为晶格。
n型半导体
磷、砷和锑等杂质被添加到硅晶体结构中，将固有半导体转化为外在半导体。这些杂质原子被称为五价杂质，因为在最外层的五个价电子与邻近的原子共享自由电子。
五价杂质原子也被称为供体，因为杂质原子中的五个价电子与硅的四个价电子成键，形成四个共价键，留下一个自由电子。每个杂质原子在导带内产生一个自由电子。一旦对n型半导体施加正电位，剩余的自由电子就会形成漂移以产生电流。
n型半导体是比本征半导体材料更好的导体。n型半导体的主要载流子是电子，少数载流子是空穴。n型半导体不带负电荷，因为供体杂质原子的负电荷被原子核内的正电荷平衡了。
对电流流动的主要贡献是带负电的电子，尽管由于电子-空穴对而带正电的空穴也有一定的贡献。
n型半导体掺杂
如果在硅晶体中加入第5族元素锑杂质，锑原子通过将锑的价电子与硅最外层的价电子成键，留下一个自由电子，从而与4个硅原子形成4个共价键。因此，杂质原子向结构中贡献了一个自由电子所以这些杂质被称为供体原子。
p型半导体
3族元素如硼、铝和铟是硅晶体结构的补充，在最外层只有三个电子，形成三个封闭的共价键，在共价键结构中留下空穴，因此在能级图的价带中留下空穴。
这种作用在晶体结构中留下大量的正电荷载流子，当存在电子缺乏时，这些载流子被称为空穴。这些第三族元素被称为三价杂质原子。
大量空穴的存在吸引邻近的电子进入。只要电子填满了硅晶体中的空穴，电子的后面就会有新的空穴，因为电子离它很远。新产生的空穴成功地吸引了电子，产生其他新的空穴导致空穴运动，在半导体中产生标准电流流。
硅晶体中孔的运动就像硅晶体是一个正极。只要杂质原子总是产生空穴，第3组元素就被称为受体，因为杂质原子不断地接受自由电子。
在硅晶体中掺杂第3族元素，形成p型半导体。在这种p型半导体中，空穴是大多数载流子，电子是少数载流子。
p型半导体掺杂
如果在半导体晶体中加入3族元素，如硼、镓和铟，具有3个价电子的杂质原子形成3个强共价键，硅晶体价电子留下一个空位。这个空位被称为空穴，它在图上用一个小圆圈或正号表示，因为没有负电荷。
半导体基础概述
n型材料是在半导体晶体中加入5族元素(五价杂质原子)，通过电子运动传导电流而形成的材料。
n型半导体
- 杂质原子是五价元素。
- 含有固体晶体的杂质元素会产生大量的自由电子。
- 五价杂质也称为给体。
- 掺杂使空穴的数量相对于自由电子的数量减少。
- 掺杂第5族元素会产生带正电的给体和带负电的自由电子。
p型材料是在固体晶体中加入第3族元素(三价杂质原子)形成的一类材料。在这些半导体中，电流流动主要是由于空穴。
p型半导体
- 杂质原子是三价元素。
- 三价元素导致空穴数量过多，而空穴总是接受电子。因此三价杂质被称为受体。
- 掺杂使自由电子的数量相对于空穴的数量减少。
- 掺杂会产生带负电的受体和带正电的空穴
p型和n型本身都是电神经的，因为电子和空穴对传导电流的贡献是相等的。硼(B)和锑(Sb)都被称为类金属，因为它们是本征半导体最常用的改善导电性的掺杂剂。
3反应
“二极管是最重要的有源元件”对吗?
p型半导体使用哪一组元素(第15组或第13组)
请帮助
14族元素与13族元素(如铟)掺杂会在晶体中产生空穴(电子缺乏)。因此，产生了p型半导体。