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前言：

这是我在学习模电后想每日更新的学习笔记，写一些博客嘛，说是能够让自己的知识更加牢固一些，也有可能帮助一些正在学习这玩意的同学们，一个东西当你能够做到给别人讲懂的时候，说明你是真正的懂了，现在呢我也想进行这个过程了=v=,就在这里开始我的第一篇笔记吧

内容：

1.半导体的形成

2.PN结的特性

3.有关PN结的电气特性

4.常见的由PN结构成的元件以及他们的特性（这是第一篇笔记，所以只会讲一下二极管=-=）

半导体-天才构建的电子舞台

在半导体出现之前，只有两种东西在电气世界中，导体与绝缘体，这也是作为高中升入大学的小白们的固有思维=v=,然而在5202年，如此复杂的电气世界不再可能由这两种东西构成，所有的辉煌当然都是从半导体这个改变了世界的舞台上构建起来的。怎么做到的呢？它为什么会有那么多迷人的特性？为什么从沙子制造的芯片，能变成现在这样能说话的机器？我们先从半导体的构成看起。

哈，这是从另一个博主那扒的图，虽然好像也是教材里面的。这是硅的晶格， 所有的电子都被禁锢着，而当掺入N或者P的时候，在这种平静的晶格中，便出现了所谓的空穴与自由电子，这就是传说中的载流子了~他们为什么能够“载流“呢？

对于电子来说，他们是自由的，当然能够在晶格中受电场的作用自由驰骋=w=，而对于所谓的空穴，这么想，空穴是能够接收电子的，当受到外部电场的时候，周围的电子就会迁移到空穴内，而迁移的电子会在原来的位置留下一个空穴，自然，持续不断的过程之后，就是所谓的载流了~

这里图上补充一下名字，虽然也不是什么重要的东西

自然，我们如果掺杂了P，那么晶格中就会多出很多自由电子，如果掺入N，就会多出很多空穴，另外要注意：因为原子自身也有可能受激发，所以在纯净的硅中，也会存在等量的空穴和自由电子，这就是所谓少子，不过要相对来看（掺杂N的情况下，空穴即为少子~）

在我们搞清楚掺杂之后，传说中的半导体就露出真面目了，不过乍一看也没什么嘛，不就是增加了硅的导电性，而且他的电阻也蛮大的，有什么用嘛=-=

PN结——让半导体活过来的魔法一样的结构（

初始PN结确实深深震撼了小小的我，为什么把两个不一样的半导体贴在一起，就能搞出来一个有单向导电性的玩意，甚至这玩意能搞出像晶体管这样的神器，不得不说，发明它的人，绝对是一个天才！

上图是PN结的形成过程，所谓正负离子就是N与P原子核（他们怎么形成的读者可以自己想一下）。

我们可以看到，当PN半导体挨在一块的时候，因为浓度差，P区的多子，N区的多子都开始互相往对方那边跑，显然，因为空穴是能容纳自由电子的，结果可想而知：他们都往中间咔咔咔的跑，碰到一块就湮灭，留下了单独的原子核，啪啦啪啦一顿过后，原子核可是带电的，不过在这里因为有晶格限制的原因，N原子核带上正电，P原子核带上负电，他们之间形成了电场。

这下好了，左边和右边剩下的载流子就过不来了，阻止了这个过程的进一步进行，让我们分析下这时候里面各种粒子的运动。左边的少子是电子，当它跑到这个电荷区的时候，自然会被吸引过去，右边的少子是空穴，他也会被吸引过去~，但是因为本征半导体（概念不懂的自己查）中的少子含量极少，所以少子引起的电流也非常的小~

这是所谓的漂移电流。另外，这里有一个是否对称的问题，这与PN结的掺杂浓度有关（这个知识点自己可以搜索下，没有必要展开篇幅）哦！有人可能会有一个问题，漂移电流会不会一直把少子送过去？（虽然这是个傻问题）

当然不会，少子飘过去之后，这层空间电场减弱，那么也就是说，扩散电流会增大（不会的自己搜一下=-=），总之，基本的运动就是这样。

PN结的电流方程

在引入PN结的电流方程之前，我们先讨论一下PN结两端接不同电压的情况=v=,我已经开始激动起来了~，当接入正向电压（外部正极接P）的时候，看上面的图，外部的电压形成的电场会开始抵消这个空间电场，当空间电场被抵消完毕后，载流子就可以开始自由运动啦，提一嘴，我们常用的0.7V压降就是这么推出来的。当电压继续提高的时候，电流会继续增大=w=，而经过我们天才的半导体物理学家推导，电流和电压的关系大致满足这么个关系

怎么推出来的我们暂且不增加篇幅~

总之，u大于开启电压的时候，电流会指数级增加。

而当反向接（也叫做反向偏置）的时候，外部电场和内部空间电场方向相同，这可糟糕了，P区的空穴不断接收电源从N区搬过来的电子，啪啦，湮灭了，剩下的只有原子核的空间我们叫做耗尽区，不过耗尽区的厚度也不会说蔓延到整个半导体，当一边电荷积累时候，便会抵制外部电场，达到一种动态平衡的状态=v=。

PN结的伏安特性

经过我们刚刚对PN结电流方程的学习，我们已经知道了正向的电流方程和伏安特性，那么反向呢？据我们的日常知识可以知道，反向电压嘛，不可能无限增大，增大到一定程度，一定会有些神奇的变化。

当当当当！可以看见，在反向电压增加到一定程度时候，便会出现所谓的击穿，这个时候电流将会急剧增大（在很小的ΔU区间内）。

这种击穿分为两种：齐纳击穿与雪崩击穿。在高掺杂浓度的情况下，PN结的那一段耗尽层会变的很窄（因为浓度很高，两边的载流子扩散一些宽度即可形成足够的电场阻止继续扩散），因此，不大的反向电压便可以形成很强的反向电场，这种反向电场能够直接破坏共价键对于电子的束缚，电压继续增大，那么这种破坏效应更强，就会有非常多的自由电子出现，而自由电子在耗尽层中会受到加速，所以，电流会在击穿后随着电压而急剧增大！考虑齐纳击穿与温度的关系，显然温度越大越容易发生齐纳击穿，因为电子更容易从共价键中脱离。

现在看看另一种击穿，也就是所谓的雪崩击穿，这种击穿通常发生在耗尽层比较宽的情况下。在这种情况下，少子会在耗尽层中漂移，宽度大也就意味着它有很多机会与耗尽层中的共价键碰撞，当施加足够大的反向电压时候，少子会很快的加速，并且和那些共价键碰撞，碰撞又会产生自由电子和空穴，他们也会继续加入碰撞的过程。就好像雪崩那样=v=,好可怕的亚子~考虑它与温度的关系，显然，温度越高，越难发生，因为温度升高，粒子的无规律运动幅度加强，碰撞概率降低。所以需要更多的电压才能发生击穿。这就是两种常见的击穿~ 与PN结的伏安特性，呜呜呜似乎我扯了好多无关紧要的内容，不过这是为了能够对这些底层物理过程有更深的了解=v=

注意，两种击穿带来的大电流都容易产生大量热量，实际使用中需要注意这一点~

PN结的电容效应

啦啦啦，这是这一章可能最为费解的内容之一，尤其是扩散电容，这东西看起来就玄玄乎乎的=^=

首先来说一下所谓的势垒电容，听起来很高级对吧~之前的内容中提到了耗尽层的宽度是一种动态平衡，也就是说，它和外部加的反电压是有正相关的（没懂的可以自己思考一下~），当耗尽层的宽度变化时候，是会存在电荷的移动的！耗尽层变小的时候， 对于P区，会有空穴回流到原子核那里，自然形成了电流。这种过程很像一个电容，又因为发生在耗尽层这个势垒中，就叫做势垒电容。

插个图吧，全是文字看起来好无聊~

这种电容体现在ΔU发生的时候，会产生ΔQ~

另外一点是扩散电容，这个更玄了

当PN结处于正向偏置时候（为什么反向偏置这个情况不考虑？可以自己思考一下），P，N区的少子会相互扩散，并且靠近耗尽层交界面，这种扩散出来的少子浓度要高一些。这种浓度和离交界面的距离存在函数关系。并且电压发生变化的时候，函数会发生变化，因为浓度对长度的微元乘上PN结截面积的积分是电荷量，函数图上阴影面积的变化就代表了ΔQ

基础元件之二极管

常见的二极管有着几种不同的类型，不过，根据不同二极管的结构，有这么一个结论，截面积大的二极管适合低频大电流，因为电容大，容抗小，不过却能流过大电流，截面积小的就反之了~

图有点糊，见谅=-=

二极管实际上就是一个被封装的PN结，基本上它的性质就是PN结的性质。二极管具有一些实际使用中需要注意的参数，比如最大整流电流IF,最高反向工作电压UR,反向电流IR，最高工作频率fM，这几个参数分别代表什么意思，以及他们和哪些物理过程有关，只要你认真看了前面的文章就会知道了=v=,这里不再赘述。

二极管的简单等效

电路分析中，我们通常会根据实际情况对二极管进行等效，为什么等效？毕竟在电路中引入一个非线性元件还是很难分析的，非常多的定理不能够使用，也会引入对超越方程的求解。对二极管的等效主要是把伏安曲线等效为折线，如果我们想突出二极管的正向导通，可能会用第一张图，想要体现导通电压，会用第二种，如果还想体现电阻，就用第三种啦

二极管的微变等效

虽然我们可以对二极管进行简单的等效，but,如果想再精确一些，就可以使用所谓的微变等效，这种思想在后面的三极管分析中也会大展身手=v=!

看看这张从教材截的图，对于一个正常的电阻，它的伏安特性是一个过原点的直线，我们能不能想一想，对于二极管来说，如果给的是纯直流信号，那么，电流也就给定了，没有必要再进行别的分析。如果是交流信号呢？

对于普通电阻，不需要额外的分析，因为它的特性太简单了，ΔU/ΔI就是R。但是，对于二极管来说就复杂了。我们可以这么想，对于一个交流信号，它如果想通过二极管，肯定得被加载在一个直流分量上面（0.7V压降导致的）。我们可以先用这个直流分量确定二极管在没有加上交流分量时候的基准状态，再考虑交流分量的效应（为什么这么考虑，根据叠加定理，电路的总效应等于每个电压/电流源独立作用的效果）。

至于如何考虑交流分量呢，刚刚提到了叠加定理，叠加定理的适用条件肯定是线性电路，我们要想办法线性化交流作用时候的效果（也就是等效出来一个交流情况下的线性电阻）~方法来了，很自然的就能够想到求导，在直流工作点的导数的物理含义是ΔI/ΔU,好啦，话已经讲到这里了，剩下的我相信凭借各位的聪明脑袋也能想出来了，不再赘述

结语

第一篇笔记就更新到这里，这也是新人的第一次学习尝试，希望每位读者都能够在这里找到一点点想要的东西，我们都在不断进步的路上=v=!明天更新一下剩下几个常见半导体器件