材料 - 簡介

自然界中的每種材料都具有一定的特性。這些特性決定了材料的行為。材料科學是電子學的一個分支，它涉及研究各種材料或空間中電子在受到各種條件影響時的流動。

由於固體中原子間的混合，能量水平不再是單一的，而是形成了能帶。這些緊密排列的能量水平集合被稱為能帶。

材料型別

價電子所在的能帶稱為價帶，而導電子所在的能帶稱為導帶。這兩個能帶之間的能量差稱為禁帶。

從電子學的角度來看，材料大致可分為絕緣體、半導體和導體。

在這三種材料中，絕緣體用於需要電阻的場合，導體用於需要高導電性的場合。半導體則因其用途而備受關注。

半導體是一種電阻率介於導體和絕緣體之間的物質。電阻率並不是決定一種材料是否為半導體的唯一因素，它還具有一些其他特性，如下所示。

半導體器件廣泛應用於電子領域。電晶體取代了笨重的真空管，從而降低了器件的尺寸和成本，並且這種變革不斷加速，導致了整合電子等新發明。半導體可以分類如下。

處於極純狀態的半導體稱為本徵半導體。但是，這種純淨形式的導電能力太低。為了提高本徵半導體的導電能力，最好新增一些雜質。這種新增雜質的過程稱為摻雜。現在，這種摻雜了雜質的本徵半導體被稱為外延半導體。

新增的雜質通常是五價和三價雜質。根據這些雜質的型別，可以進行另一種分類。當向純半導體中新增五價雜質時，它被稱為N型外延半導體。同樣，當向純半導體中新增三價雜質時，它被稱為P型外延半導體。

當電子從其位置移動時，據說那裡形成了一個空穴。因此，空穴是電子的缺失。如果說電子從負極移動到正極，則意味著空穴從正極移動到負極。

上面提到的材料是半導體技術的基石。透過新增五價雜質形成的N型材料以電子作為其多數載流子，空穴作為少數載流子。而透過新增三價雜質形成的P型材料以空穴作為其多數載流子，電子作為少數載流子。

讓我們嘗試理解當P型和N型材料連線在一起時會發生什麼。

如果將P型和N型材料彼此靠近，它們就會形成一個結，如下圖所示。

P型材料以空穴作為多數載流子，而N型材料以電子作為多數載流子。由於異性電荷相吸，P型材料中的一些空穴傾向於遷移到N側，而N型材料中的一些電子傾向於遷移到P側。

當它們都向結點移動時，空穴和電子相互複合以實現中和並形成離子。現在，在這個結點處存在一個正負離子形成的區域，稱為PN接面或結勢壘，如下圖所示。

在P側形成負離子，在N側形成正離子，導致在PN接面的兩側形成一個狹窄的帶電區域。這個區域現在沒有可移動的載流子。此處存在的離子是靜止的，並在它們之間保持一個沒有載流子的空間區域。

由於該區域充當P型和N型材料之間的屏障，因此也稱為勢壘結。它還有另一個名稱，稱為耗盡區，意思是它耗盡了這兩個區域。由於離子的形成，在結點兩側會出現一個電勢差V_D，稱為勢壘電勢，因為它阻止了空穴和電子進一步透過結點。這種形成被稱為二極體。

當二極體或任何兩個端子元件連線到電路中時，它在給定電源下具有兩種偏置狀態。它們是正向偏置狀態和反向偏置狀態。

當二極體連線到電路中時，其陽極連線到電源的正極，陰極連線到電源的負極，則這種連線稱為正向偏置狀態。

這種連線使電路越來越正向偏置，並有助於更多地導電。二極體在正向偏置狀態下可以良好地導電。

當二極體連線到電路中時，其陽極連線到電源的負極，陰極連線到電源的正極，則這種連線稱為反向偏置狀態。

這種連線使電路越來越反向偏置，並有助於最小化和防止導電。二極體在反向偏置狀態下無法導電。

透過以上資訊，我們現在對PN接面有了很好的瞭解。有了這些知識，讓我們繼續學習下一章關於電晶體的內容。

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