一、半導體
半導體是指導電能力介于導體和絕緣體之間的一類物質(zhì)，如硅、鍺、砷化鎵以及大多數(shù)的金屬氧化物等，它們都具有半導體特性。
半導體的導電能力在不同的條件下有很大的差別。如大多數(shù)半導體對溫度反應敏感，當環(huán)境溫度升高時，它的導電能力要增強許多，利用這種特性可做成熱敏元件。有些半導體在受到光照時，它的導電能力變的很強，而在無光照時，又變得像絕緣體一樣不導電，利用這種特性可做成光敏元件。半導體摻入雜質(zhì)后其電阻率大大減小，可以做成可控的電子開關(guān)元件。
1.本征半導體
純凈半導體稱為本征半導體。我們以硅和鍺原子的簡化原子模型來說明，二維晶格結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。在溫度為t=0k和沒有外界激發(fā)時，每一個電子均被共價鍵所束縛。在室溫條件下，部分價電子就會獲得足夠的能量而掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子，這稱為本征激發(fā)。自由電子是一種帶負電的載流子，在外加電場的作用下可以移動。自由電子移動后在原來共價鍵中留下的空位稱為空穴，此時可把空穴認為是一個帶正電的粒子，空穴和相鄰的價電子很容易復合，復合后在相鄰價電子處形成空穴，這相當于空穴的移動。在空穴和自由電子不斷地產(chǎn)生的同時，原有的空穴和自由電子也會不斷地復合，形成一種平衡。所以半導體中導電物質(zhì)就是自由電子和空穴。
2.雜質(zhì)半導體
在本征半導體中摻入不同的雜質(zhì)，就會使半導體的導電性能顯著的增加，根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，分為p型半導體和n型半導體。
（1）p型半導體
在硅（或鍺）中摻入少量三價元素硼（或銦），形成p型半導體。因為硼原子有三個價電子，所以在和周圍的四個硅原子構(gòu)成共價鍵時，會留有一個空穴，這樣空穴在p型半導體中的數(shù)目遠大于自由電子的數(shù)目，故p型半導體的多數(shù)載流子（多子）是空穴，相應的少數(shù)載流子（少子）為自由電子。
（2）n型半導體
在硅（或鍺）中摻入少量五價元素磷（或砷），形成n型半導體。因為磷原子有五個價電子，所以在和周圍的四個硅原子在構(gòu)成共價鍵時，會多出一個自由電子，這樣自由電子在n型半導體中的數(shù)目遠大于空穴的數(shù)目，故n型半導體的多數(shù)載流子（多子）是自由電子，相應的少數(shù)載流子（少子）為空穴。
要注意的是，雖然兩種雜質(zhì)半導體的導電能力增加了，但整體而言仍是中性不帶電的。
二、pn結(jié)的形成
若p型半導體和n型半導體結(jié)合后，在它們的交界面兩側(cè)分別是空穴和自由電子的高濃度區(qū)，因此在交界面處空穴和自由電子會發(fā)生從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的擴散運動并發(fā)生復合，這樣破壞了原來p區(qū)和n區(qū)的電中性，p區(qū)由于接受了從n區(qū)擴散過來的自由電子而成為負極性區(qū)，n區(qū)由于接受了從p區(qū)擴散過來了空穴而成為正極性區(qū)，從帶正電的n區(qū)指向帶負電的p區(qū)的內(nèi)電場開始逐漸形成。隨著內(nèi)電場的增加，對多子擴散的反作用增強，擴散運動逐漸減弱；但內(nèi)電場有利于少子的漂移運動，最終使得交界面處空穴和自由電子的移動達到動態(tài)平衡，此時在p區(qū)和n區(qū)的交界面處形成了一個很薄的空間電荷區(qū)，這就是所謂的pn結(jié)。如圖1.2所示。
如果在pn結(jié)兩端加上正向電壓，即p區(qū)接電源正極，n區(qū)接電源負極，稱為pn結(jié)的正向偏置（正偏）。此時外加電場抵消了內(nèi)電場的一部分作用，使得多子的擴散作用增強，形成較大的正向電流，pn結(jié)呈現(xiàn)低阻特性。
如果在pn結(jié)兩端加上反向電壓，即p區(qū)接電源負極，n區(qū)接電源正極，稱為pn結(jié)的反向偏置（反偏）。此時外加電場和內(nèi)電場進一步增強了多子的擴散的難度，此時只有少子的漂移作用，形成很小的反向電流，pn結(jié)呈現(xiàn)高阻特性。
正因為正向電流遠大于反向電流，故我們說pn結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?br>