1.7　半导体元件

1.7.1　半导体基础知识

半导体元件是构成电子电路的基本元件，它们所使用的材料是经过特殊加工且性能可控的半导体材料，通常半导体材料性能与环境温度密切相关，虽然对温度的这种敏感性可以用来制作热敏和光敏元件，但这也是半导体元件温度稳定性差的原因。

纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体，而本征半导体的导电性能很差且导电性能不可控。因此在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，便可得到杂质半导体。按掺入的杂质元素不同可形成N型半导体和P型半导体。

在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。由于五价比正常硅原子多一个电子，因此多出来的电子不受共价键的束缚，只要很少的能量就能成为自由电子，在电场的作用下自由电子的定向移动就会形成电流。而P型半导体则正好相反，在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），这就比正常硅原子少一个电子，就产生了一个“空位”。

采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在同一个硅片上，在它们的交界面上就形成了PN结，P侧称为阳极，N侧称为阴极，且处于平衡状态。如果在PN结的两端外加电压，就将打破原来的平衡状态。当外加电压极性不同时，PN结表现出截然不同的导电性能，即呈现出单向导电性。当PN结中P接电源正极、N接电源负极，称为PN接外加正向电压，此时处于导通状态；相反，则称为PN结外加负向电压，此时处于截止状态。