半导体二极管：从本征到杂质半导体的导电原理

本文档主要介绍了半导体基础知识，包括本征半导体、杂质半导体、PN结的形成及其单向导电性，以及PN结的电容效应。重点讲述了二极管的组成，提到了不同类型的二极管，如小功率、大功率、稳压和发光二极管，并简要提及了晶体三极管。 在半导体理论中，本征半导体是指纯净的晶体结构，如硅或锗，其导电性介于导体和绝缘体之间。由于热运动，本征半导体中的价电子可以挣脱共价键成为自由电子，同时形成空穴。这些自由电子和空穴作为载流子，在外电场作用下参与导电，但数量较少，因此导电性相对较差。随着温度升高，载流子数量增加，导电性增强。 杂质半导体分为N型和P型。N型半导体是通过掺杂五价元素如磷，使得半导体中自由电子（多数载流子）的数量增加，从而提高导电性。P型半导体则通过掺杂三价元素如硼，产生更多的空穴（多数载流子）。这两种类型的半导体在PN结的形成中起到关键作用，PN结具有单向导电性，即电流只能从P型向N型或从N型向P型流动，而不能反向流动，这是二极管的基本工作原理。 二极管是基于PN结构建的电子元件，它由PN结封装并引出两个电极。根据用途和功率需求，二极管有多种类型，如小功率二极管适用于一般电路，大功率二极管用于处理较大电流，稳压二极管用于保持电压稳定，而发光二极管（LED）则能发出可见光，常用于显示和照明。 二极管的主要功能是整流，即将交流电转换为直流电，或者用于防止电流反向流动（反向截止）。此外，稳压二极管可作为电压基准或保护电路，防止电压过高。在实际应用中，二极管还有其他重要作用，如钳位、开关和调制等。 晶体三极管，即BJT（双极型晶体管），是一种放大电流的半导体器件，由两个PN结构成，分为NPN和PNP两种类型，广泛应用于放大电路、开关电路及逻辑电路中。 半导体基础知识、二极管的结构和工作原理，以及不同类型的二极管是电子工程领域的基础，对于理解和分析电子元器件的失效具有重要意义。理解这些概念有助于设计和优化电路，解决实际问题。