可以参考大学物理中的Chapter23 激光和固体能带基本知识
半导体材料及其电特性本征半导体（温度）杂质半导体（纯度）半导体中载流子的运动漂移运动扩散运动爱因斯坦方程PN结PN结形成的过程内电场的影响不对称PN结偏置PN结（给PN结两端加电压）PN结的V-I特性PN结的温度特性PN结击穿特性PN结电容
半导体材料及其电特性
影响半导体材料导电特性：温度和纯度
本征半导体（温度）
半导体材料高度提纯后为本征半导体
最外层电子（价电子）受到原子核束缚力最小，导电性能和价电子有关
- 本真半导体电特性
室温下，本征半导体受热激发产生电子——空穴对，成为本征激发（热激发），此时载流子浓度称为本征浓度
自由电子和空穴总是成对出现，称为电子空穴对
本征浓度随温度的升高而增大，因此本征浓度是温度的函数
在本征硅中，自由电子可以看作有自由电子（携带负电荷）、空穴（携带正电荷）两种载流子参加导电（双极型器件）
在本征激发的同时，自由电子受到原子核的吸引重新回到共价键中，称为复合
一定温度下，热激发运动和复合运动达到动态平衡，使得电子-空穴对维持一定浓度
温度是半导体导电性能的决定因素之一
杂质半导体（纯度）
为了提高本征半导体糟糕的导电能力，在本征半导体中参入某种微量的元素作为杂质
- N型半导体（掺入5价元素）
加入的5价原子形成4个共价键之后多出了一个电子，掺杂后的电子数远远超过热激发产生的电子数。
参杂后半导体中的电子为多子，空穴为少子，称为电子型半导体或者N型半导体
N型半导体中的电子浓度为：
其中，称为施主原子（为掺杂原子数）
多出了电子，多出了复合的机会，因此N型半导体中的空穴浓度比本征激发的还要少：
N型半导体的简化原子符号表示：
- P型半导体（掺入3价元素）
P型半导体中的空穴（多子）浓度为；
其中，称为受主原子（为掺杂原子数）
同理，电子（少子）浓度比热激发的更少：
简化原子符号表示：
杂质半导体中，多子浓度由杂质含量决定，少子浓度主要由温度决定，并且比（掺杂之前）热激发的时候还要少
半导体中载流子的运动
漂移运动
在电场作用下的定向运动
自由电子和空穴产生的电流方向一致
扩散运动
由浓度差引起，载流子由浓度高的区域向浓度低的区域扩散
爱因斯坦方程
扩散和漂移都满足热动力现象，而扩散常数D和迁移率可用爱因斯坦方程表示：
其中，为电压的温度当量
PN结
PN结形成的过程
- 由于载流子存在浓度差，两边的载流子分别向对方扩散
- P区的空穴（多子）向N区扩散，留下了不能移动的负离子
- N区电子（多子）向P区扩散，留下了不能移动的正离子
- 正负离子形成空间电荷层，形成了内建电场E
内电场由多子的扩散运动引起，极性由N区指向P区
内电场的影响
- 阻碍多子的扩散运动
- 促进少子的漂移运动
没有外加电场时，由浓度差产生的多子的扩散运动和内建电场导致的少子的漂移运动达到动态平衡，此时PN结宽度达到稳定值
简单而言，就是浓度差与反向的内建电场达到平衡
不对称PN结
耗尽层的P区厚度和N区厚度可以不对称，这取决于两个区的多子浓度
掺杂浓度高，则对应的厚度可以薄一些
空间电荷层正负电荷是对应的
偏置PN结（给PN结两端加电压）
- 正偏PN结（P+N-）
施加电场于内建电场方向相反，大大增强多子的漂移运动
P、N区的多子各自返回耗尽层，使得PN结厚度变薄；因此可以认为施加电压对PN结外部多子的促进作用更显著
此时流过PN结的电流主要是多子的扩散电流
- 反偏PN结（P-N+）
外加电场与内建电场方向相同，阻止多子扩散运动，有利于少子的漂移运动，PN结变厚
此时流过PN结的电流主要是少子的漂移电流
在一定温度下，热激发的少子浓度一定，与外加电压无关，故称反向饱和电流。
少子很少，通常可以忽略；也就是一般所说的“二极管反向截止”
PN结性质：
- 正偏时PN结正向导电，有较大的电流通过；
- 反偏时PN结截止，反向饱和电流很小
PN结的V-I特性
反向饱和电流
电压的温度当量，约等于26mV
PN结的温度特性
PN结击穿特性
当反向电压超过击穿电压时，反向电流急剧增大，称为反向击穿
- 齐纳击穿/雪崩击穿
注意区分电击穿（齐纳+雪崩）和热击穿（功率太大）
PN结电容
PN结两端电压的变化引起电荷的变化可以等效为一个电容的效应（结电容 ）
正偏时以扩散（diffusion）电容为主，反偏时以壁垒（barrier）电容为主
都是非线性电容，大约几十pF；总电容表达式：
