嵌入式开发入门—电子元器件~半导体

半导体

介于导体和绝缘体之间，导电与否取决于外部条件（温度、光照、电压等），导电性可控

本征半导体

硅原子有14个质子，3个电离层，共计14个电子，最外层有4个电子

多个硅原子的组合，一对四，硅原子会贡献最外层4个电子，与周围的硅原子形成4个共价键（紫色）

每个硅原子与周围的4个硅原子形成4个共价键

所有的硅原子都是通过共价键连接在一起的

硅原子之间的共价键在高温状态下是不稳定的，会有部分断裂，会释放出自由电子，会形成空穴

空穴对电子具有吸引力，可以当作正

• 硅晶体在高温下，能从绝缘体变成导体，其材料的天然物理特性，这列材料成为本征半导体
• 本征激发：指在本征半导体中，由于外部的热能、光能、电场等激励下，使原本处于价带的电子被激发到导带，从而在材料内部形成：电子+空穴的现象。

N型半导体

• 向硅晶体中掺杂矢量的磷原子
• 磷原子最外层有5个电子
• 它会和周围的4个硅原子组成4个共价键，这样每个磷原子都可以提供1个自由电子

• 为什么掺杂磷？
  掺杂了磷后能让半导体的导电性能更好，因为磷是人为添加的，让半导体的导电性更容易控制
• 为什么叫N型半导体？
  磷元素的加入，带来更多自由电子，使半导体中的负电荷载流子的数量大幅度增加，因此成为N型（Negative）半导体。
  • 载流子：在导电过程中能够携带电荷并产生电流的例子。
  • 在金属导体中，载流子是自由电子。
  • 在某些盐溶液中，载流子可能是正离子或负离子
• N型半导体几乎都是搭配P型半导体一起使用，形成PN结。
• N型半导体是电中性的

P型半导体

• 向硅原子中掺入硼原子
• 硼原子最外层只有3个电子
• 硼原子会努力和周围的硅原子形成共价键
• 因为缺失1个电子，形成空穴
  硼原子电子不够了，就不能形成完整的共价键
  
  对于P型半导体来说，更多的载流子是空穴，空穴是一个位置，期待电子的位置
  
• 为什么叫P型半导体？
  对于P行半导体来说，更多的载流子是空穴，空穴可以认为是带正电的，正（Positive）
  注意：P型半导体也是电中性的
  

PN结——正接

二极管单向导通原理

• 突出表达各自多子，空穴和电子
  
• 交汇处形成内建电场，正电荷的受力方向和电场一致，负电荷反之
  • 由于内建电场的存在，阻止（动态平衡）更多电子从【N区】扩散到【P区】
    
• 外部施加电场

外部电场会部分抵消内部电场，N区连接电源负极，外部电场0.35V内部电场0.7V，抵消后内部电场变成0.35V

• 增大电压
  内建电场完全抵消
  
• 电子移动方向
  
• PN结电流移动方向
  

PN结——反接

电源负极将电子压入P区，N区连接电源正极，正极吸走一部分电子，导致内置电场变大，耗尽区变大，PN结无法导通

PN结的【伏安特性曲线】

元器件两端电压与电流关系