一、认识导体、绝缘体、半导体

什么是导体？

导体 conductor ，是指电阻率很小，且容易传导电流的物质。导体中存在大量可自由移动的带电粒子，也称为载流子。在外电场的作用下，载流子作定向运动，形成电流。

金属就是最常见的导体，因为金属原子最外层的价电子很容易脱离原子核的束缚，形成自由电子。因为金属中自由电子的浓度很大，所以金属的电导率比其他材料要大。

什么是绝缘体？

绝缘体相对于导体，不容易传导电流的物质称为绝缘体。绝缘体有时候也称为电介质。

什么是半导体？

半导体 semiconductor ,因为导体和绝缘体没有明显的界限，那么导电性能介于导体和绝缘体之间的物质就称为半导体。

常见的半导体有硅、锗、砷化镓。

二、认识本征半导体、P型半导体、N型半导体

本征半导体 intrinsic semiconductor

是指完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体。典型的本征半导体有硅、锗、砷化镓。

P型半导体

P型半导体也称为空穴型半导体，主要以带正点的空穴来导电。

在纯硅中掺入微量的3价元素，如硼、铝等，因为3价元素最外层只有3个电子，与硅原子共价结合时缺少一个电子，也就形成了一个空穴。这个空穴相当于带正电的粒子。掺入的杂质越多，空穴的浓度就越高。

N型半导体

N型半导体也称为电子型半导体，主要靠电子来导电。

在纯硅中掺入微量的5价元素，如磷，5价元素的原子与硅原子共价结合时，会多一个电子，就是靠这个多余的电子来导电。

常见几种元素核外电子的分布

硅原子的电子分布：共三层：2, 8, 4；最外层4个电子

硼原子的电子分布： 共2层：2，3；最外层3个电子

 铝原子的电子分布：共3层：2，8，3；最外层3个电子

磷原子的电子分布：共3层：2，8，5 ；最外层5个电子

三、认识PN结

将P型半导体（图示的P-Region）和N型半导体（图示的N-Region） 放在一块，它们的交界线就是PN结（PN Junction）。

P型半导体的空穴（正电荷）多，N型半导体的电子多，在它们的交界线附近，正电荷和负电荷像磁铁一样相互吸引，如下图的运动趋势所示:

N区的自由电子，由于带电，移动到P区，填充了P区的空穴

运动的结果就导致了在P区一部分区域带负电，N区一部分区域带正电，这个区域叫做耗尽区（Depletion Zone），如下图所示

N区的电子不断地填充P区的空穴，导致耗尽区的电荷越来越多，这些电荷多到一定程度，就阻止了其它电荷的继续跑过来。

这可以分两个部分来看：

1、负电荷从N区跑到P区，累计的负电荷多了，就阻止其它的负电荷从N区跑过来；

2、正电荷从P区跑到N区，累计的正电荷多了，就阻止其它的正电荷从P区跑过来；

最终的结果就是耗尽层到一定程度，电子就不能再移动了。这个一定程度就是耗尽层的电压达到了0.7V。有点像那0.7%先富的人阻止其他的人来共同富裕。

四、二极管为什么单向导电

反向偏执 Reverse bias

反向偏执就是N区接正电，P区接负电。二极管的反向偏执就是二极管的正极接电源的负极，二极管的负极接电源的正极。

 电源的负极把P区的正电荷都吸过去了，电源的正极把N区的负电荷都吸过去了，这样的后果就是耗尽区越来越大，也可以理解成越来越宽。都这样了，电子就没法移动了，也就不会产生电流，这就是二极管反向不导通的原因。

凡事都有例外，有一个东西叫做击穿电压，就是反向偏执电压大到一定程度，二极管就被“捅穿了”，这个时候二极管是“导通的”，但是这个时候二极管也被干废了。

 正向偏执 Forward bias

给P区接正电，N区接负电，就是正向偏执。

要想有电流通过，必须要干掉哪个阻止电子移动的0.7V，这个0.7V叫做势垒电压，也叫阈值电压。

正向偏执的结果就是阴极将更多的电子推进N区，并进入耗尽区；

耗尽区的电子变多，空穴就变少了，耗尽层就回越来越薄。

当施加的电压达到0.7V,推进的电子就足够多了，耗尽层就搞没了 

 这样就再也没有什么东西阻碍电子的移动了，电子穿过PN结，并从P区溢出，直接到电源的正极。这就是二极管正向到点的根本原因。

虽然二极管正向导电，但是必须有0.7V（硅型二极管）的电压消耗 ，比如给电路提供一个9V的电源，二极管就吃掉了0.7V，供给电路使用的就只有8.3V了。