材料 - 简介
自然界中的每种材料都具有某些属性。这些属性定义了材料的行为。材料科学是电子学的一个分支，研究各种材料或空间中电子在各种条件下的流动情况。
由于固体中原子的混合，而不是单一能级，将形成能级带。这些紧密堆积的能级集称为能带。
材料类型
存在价电子的能带称为价带，而存在传导电子的能带称为导带。这两个能带之间的能隙称为禁带隙。
从电子学角度上讲，材料大致可分为绝缘体、半导体和导体。
绝缘体 − 绝缘体是由于禁带隙较大而无法进行导电的材料。例如：木材、橡胶。
半导体 − 半导体是禁带隙较小的材料，如果施加一些外部能量，就会进行导电。例如：硅、锗。
导体 − 导体是当价带和导带非常接近以至于重叠时，禁带隙消失的材料。例如：铜、铝。
在这三种材料中，绝缘体用于需要电阻率的地方，导体用于需要高导电性的地方。半导体是人们特别感兴趣的材料。
半导体
半导体是一种电阻率介于导体和绝缘体之间的物质。电阻率并不是决定材料是否为半导体的唯一因素，但它具有以下几个特性。
半导体的电阻率小于绝缘体但大于导体。
半导体具有负温度系数。半导体的电阻随温度降低而增大，反之亦然。
当向半导体中添加适当的金属杂质时，半导体的导电性能会发生变化，这是一个非常重要的特性。
半导体器件广泛应用于电子领域。晶体管取代了笨重的真空管，从而降低了器件的尺寸和成本，这场革命不断加快步伐，导致了集成电子等新发明。半导体可按以下方式分类。
极其纯净的半导体被称为本征半导体。但这种纯净形式的导电能力太低。为了提高本征半导体的导电能力，最好添加一些杂质。这种添加杂质的过程称为掺杂。现在，这种掺杂的本征半导体被称为非本征半导体。
添加的杂质通常是五价和三价杂质。根据这些杂质的类型，可以进行另一种分类。当将五价杂质添加到纯半导体中时，它被称为N型非本征半导体。同样，当将三价杂质添加到纯半导体中时，它被称为P型非本征半导体。
P-N结
当电子从其位置移动时，据说会在那里形成一个空穴。因此，空穴就是电子的缺失。如果说电子从负极移动到正极，则意味着空穴从正极移动到负极。
上述材料是半导体技术的基础。通过添加五价杂质形成的N型材料，其多数载流子为电子，少数载流子为空穴。而通过添加三价杂质形成的P型材料则以空穴作为多数载流子，以电子作为少数载流子。
让我们试着理解当P型和N型材料结合在一起时会发生什么。
如果将P型和N型材料彼此靠近，它们都会结合在一起形成结，如下图所示。
P型材料以空穴作为多数载流子，而N型材料以电子作为多数载流子。由于相反电荷相互吸引，P 型中很少有空穴倾向于进入 n 侧，而 N 型中很少有电子倾向于进入 P 侧。
当它们都向结移动时，空穴和电子会重新结合以中和并形成离子。现在，在这个结中，存在一个形成正离子和负离子的区域，称为 PN 结 或结势垒，如图所示。
P 侧形成负离子，N 侧形成正离子，导致在 PN 结两侧形成一个狭窄的带电区域。这个区域现在没有可移动的电荷载体。此处的离子是静止的，并且在它们之间保持一个没有任何电荷载体的空间区域。
由于该区域充当 P 型和 N 型材料之间的屏障，因此也称为屏障结。它的另一个名称是耗尽区，这意味着它会耗尽两个区域。由于离子的形成，跨结会产生电位差 VD，称为电位屏障，因为它阻止空穴和电子进一步通过结。这种形成称为二极管。
二极管的偏置
当二极管或任何两个端子组件连接到电路中时，它在给定电源下具有两种偏置条件。它们是正向偏置条件和反向偏置条件。
正向偏置条件
当二极管连接到电路中时，其阳极连接到正极端子，阴极连接到负极端子，则这种连接被称为正向偏置条件。
这种连接使电路越来越正向偏置，并有助于更多的传导。二极管在正向偏置条件下导电性良好。
反向偏置条件
当二极管连接到电路中时，其阳极连接到负极端子，阴极连接到正极端子，则这种连接被称为反向偏置条件。
这种连接使电路越来越反向偏置，并有助于最大限度地减少和防止导电。二极管在反向偏置条件下无法导电。
有了以上信息，我们现在对 PN 结有了很好的了解。有了这些知识，让我们继续学习下一章中的晶体管。
