半导体基础知识：PN结的伏安特性与应用

"这篇内容主要介绍了半导体的基础知识，特别是PN结的伏安特性以及半导体二极管的相关概念，包括正偏、反偏、反向饱和电流、反向击穿电压和击穿现象。" 在电子技术领域，半导体是至关重要的组成部分，其中PN结的伏安特性是理解半导体器件工作原理的关键。PN结是由P型半导体（多空穴，少电子）和N型半导体（多电子，少空穴）接触形成的结构。当PN结正偏置时，外部电源使P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，形成较大的正向电流IF，这个过程主要由多子扩散主导。同时，少量的电子和空穴会因电场作用而反向漂移，形成反向电流IR，但通常远小于扩散电流。 在反偏状态下，PN结的内部电场阻止多子扩散，使得只有少量的反向饱和电流通过，这个电流很小且几乎不随外加电压变化。如果反向电压增加到一定程度，PN结会发生反向击穿，分为电击穿和热击穿两种情况。电击穿是由于高电场强度导致载流子倍增效应，通常是可逆的；而热击穿则是由于热应力导致PN结损坏，是不可逆的，会烧坏器件。 半导体二极管是基于PN结工作的基本元件，具有单向导电性，即在正向电压下导通，在反向电压下截止或只允许很小的反向电流通过。这种特性在电路中被广泛应用，如整流、稳压、开关等用途。 1.1.1 本征半导体是指没有掺杂任何杂质的半导体，如硅(Si)和锗(Ge)。在绝对零度，本征半导体几乎没有自由电子，导电性能较差。随着温度升高或光照增强，部分电子能挣脱共价键形成自由电子和空穴，参与导电，这称为本征激发。自由电子和空穴共同构成了载流子，决定了半导体的导电性。 1.1.2 杂质半导体通过掺杂不同类型的杂质元素改变半导体的性质。N型半导体是在本征半导体中掺杂五价元素（如磷、砷），增加自由电子数量，使得电子成为多数载流子，而空穴成为少数载流子。这种掺杂方式增强了半导体的导电性，N型半导体常用于电子设备中的导电路径。 半导体的性质和行为，尤其是PN结的伏安特性，是电子工程和微电子学研究的基础，对理解和设计各种半导体器件，如二极管、晶体管、场效应管等，具有重要意义。