【趣味学习思考笔记】半导体为什么能单向导电？

当学习时发挥想象力去用心思考，会有意想不到的收获，理解得更加舒坦。

一，本征半导体

半导体常用硅锗做成。

它们共用电子对形成共价键结构完全纯净的晶体半导体。

这就是本征半导体

这时候，将电子当做学生，将原子核当做座位

就相当于一个排列整齐的教室，每个座位上坐满了学生。

这个教室要很安静整齐时是没有人走动的。

这种情况下半导体不导电

而想要教室安静整齐需要一个前提：学生要对温度感到舒服

这个温度就是绝对零度

而一旦温度上升，太热了，就会有学生忍不住乱跑。

即电子脱离共价键束缚变成自由电子。

学生跑了，原地留下空座位，

即共价键上留下空位，称为空穴

有些学生看到空座位就也坐不住了，到处换座位玩。

这就是在外电场作用下，空穴吸引附近电子填补，相当于空穴迁移，或正电荷的移动，形成空穴电流，此时空穴就算是载流子。

另外由于温度太高不舒服的学生，在教室跑向舒服的地方。

这就是自由电子做定向移动，形成了电子电流。

所以，温度越高，离开座位的学生就越多。

从而载流子的浓度越高，导电能力越强。

二、杂质半导体

在上述理论下

一间教室，被加入了学生或空座椅，会导致教室体系的改变

同样，在本征半导体掺入杂质，会引起导电性能变化。

教室加入一大堆学生，座椅就不够，所以会有学生跑动。

这就是N型半导体，由于添加了磷原子提供了多余的自由电子，而导致自由电子浓度远大于空穴浓度。

教室加入一大堆座椅，学生就不安分，会换座位玩。

这就是P型半导体，由于添加硼院子缺少电子形成了大量多余的空穴。

（为方便记忆，N型可看做消极型，加学生，学生没有座位选择自由，P型号可看做积极型，加座椅，学生有座位选择自由）

尽管教室人多或走或站，但没有具体方向，不成潮流。

所以此时无论哪一种载流占了多数，整个晶体不带电。

三、PN结。

将教室分为两半，一半加学生，一半加座椅，

就是一半P型半导体，一半N型，这就是PN结。

这样学生多的会往加座椅的那边跑，座椅多的也会尽量搬过来学生多的。

所以空穴从P区向N区扩散，自由电子从N区向P区扩散。

另外由于交界处，座椅多的全搬到学生多的一边了，反而这里学生没地方坐，这个就是空穴扩散在交界面形成的负空间电荷区。同理，交界处学生多的都盲目的跑到另外一边，反而这里座位空了，这就是自由电子扩散形成的正空间电荷区。

教室这个奇葩的交界处，就这样弄出了泾渭分明的学生座椅阵营，而且太挤都不好移动。所以空间电荷区正负离子带电，但不能移动所以不参与到点，电阻率高。而且这个交界带电所形成的内电场阻碍载流子扩散，所以空间电荷区也叫阻挡层。

但偶尔还是有学生或座椅挤过去，这就是漂移作用。

越是教室中间挤得人和座椅越多，就越有人拼命挤过去，这就是内电场越强，漂移作用加强，于是最终它和扩散作用达到一个平衡。PN结就处于相对稳定。

四、PN结单向导电

很简单，校方察觉到这样不合理，于是对教室改革。

他们用力的方向如果和交界处座椅学生想要去的方向相反，但因为他们力气大，所以就打破了这层交界，于是开始导电。

他们如果用力方向相同，推着学生课桌们继续对着挤，这层交界的范围反而会扩大，从而更加拥堵，所以就形成了极大的电阻。

这就是为什么半导体单向导电啦！

将这份思考笔记发给老师看后，收到了这样的回复

你看，就这样自己又给自己创造了一个可以说的故事。

越努力越幸运

越用心越幸福