第一讲：PN结的形成

1. 电子技术发展史

  现在的电子技术的发展来源于集成电路的发展，集成电路的发展根基来源于半导体技术的发展。半导体现象出现的很早，在19世纪末期半导体材料已经出现了，1948年末，贝尔实验室造出了第一个基于半导体的材料的晶体管（点接触型）。在1950年的时候，他们造出了像三明治形状的晶体管，这个时候使得集成变得可能。大约在1958年，第一块儿集成电路被发明出来。

2. 模电学习总思路

  a) 最主要器件：二极管、双极性的三极管、场效应晶体管；
  b) 熟悉器件：基本特性，基本工作方式；
  c) 应用电路：放大电路、开关电路（由管子构成的放大电路是分立元件），当需要大功率、大电流时候，分立元件越做越大，那么是电力电子技术分支，当消耗越来越小，体积越来越小，用于信号处理那部分，那么就是微电子技术的分支，那么就需要集成；
  d) 集成模拟器件：集成运算放大器（使用规则）、放大电路的频率响应；
  e) 特别注意：从设计的角度设计的角度出发学习这门课程，也就是从元器件的特性出发来思考，比如，给你个东西，他可以干什么。

3. 第一章：常用半导体器件

 a) 基础知识

  i. 本征半导体

    1. 半导体

      a) 概念：是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种东西。
      b) 本征半导体：是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。

    2. 半导体中的载流子

      a) 本征激发：半导体共价键中的价电子并不是像绝缘体中束缚得那么紧。在室温（300K）以下的时候，被束缚的价电子就会获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键的叔父，成为自由电子，自由电子在晶体中运动，这种现象就是本征激发。
            
      b) 自由电子和空穴：两种在半导体中均是载流子，空穴在受到电场力的作用下可以进行依次填补，形成相对运动，所以空穴也和自由电子一样是一种载流子。本征激发越多，导电能力越好。
      c) 复合：当自由电子在运动的过程中，恰好遇到了空穴，重新形成了共价键的价电子，那么自由电子和空穴结合的这个过程就是复合。那么本征激发的速度、温度决定了载流子的浓度。

    3. 载流子的浓度

      a) 动态平衡：当温度升高，由于热运动越剧烈，则载流子的浓度越高，当载流子的浓度越高的时候，复合的机会越多，最终两者达到一个动态平衡的结果。

  ii. 杂质半导体（可掺杂性）

    1. 概念：在本征半导体中，掺入少量杂质元素。
    2. N（negative）型半导体

      a) 掺入少量磷（5价）：原来的本征半导体是四价的，当掺入少量五价之后，有些原来四价的位置被五价元素取代了，那么就会有一个自由电子游离出来，那么掺入几个五价元素就有几个游离的自由电子，掺入的越多，导电的能力就越强。
      b) 多子（负）：因为掺入了五价元素之后，游离的自由电子是多数载流子。
      c) 少子（正）：自由电子是多子，那么原先的空穴就是少子。
      d) N(negative)：由于多子多，是少子的上百万倍了，也就是自由电子带负电，所以是N型半导体。
      e) 温度对于多子和少子的影响：
        对于多子而言，现在多子的浓度已经是少子的几百万倍了，那么相比由于温度升高，热运动加剧产生的自由电子相比，是其很多倍，那么由于温度变化产生的自由电子可以忽略不计，但是少子开始本来就很少，那么热运动产生的少子相比原先的就比较多，总的说：在N型半导体中温度对多子的影响小（可以忽略），对少子的影响大。
      f) 注意：虽然多子多余少子，但是不能说N型半导体就带负电，因为P贡献了一个自由电子之后，从P原子变成了带正电的P离子，由于其固定在晶格结构中，不运动，那么其是不会导电的。
             
    3. P（positive）型半导体

      a) P型半导体中的多子是空穴（带正电），少子是自由电子（带负电），和N型半导体反过来了。
            

  iii. PN结

    1. PN结的形成

      a) 扩散运动:当把N型半导体和P型半导体放在一起的时候，会发生如图的变化，N型半导体中的自由电子会勇猛的朝着P区运动，P型半导体中的空穴也会勇猛的朝着N区运动，但是N区和P区中的离子是不运动的，所以最终自由电子和空穴会在中间产生猛烈的交战，最终形成一个如图2所示的空间电荷区，这个空间电荷区会阻止N区的自由电子过来P区，也会组织P区的空穴过来N区，起到了一个阻挡层的作用。
            
            
      b) 空间电荷区：耗尽层、阻挡层、PN结。
      c) 漂移运动：虽然多子（N区的自由电子和P区的空穴）扩散运动会被空间电荷区阻挡，但是由于热运动产生的少量的少子（N区的空穴和P区的自由电子）依然还是存在，并且他们在空间电荷区电场的作用下会进行很强烈的漂移。
      d) 对称结与不对称结：在进行扩散运动之前，N区和P区的浓度相同得到时候，最终形成的空间电荷区两边的宽度是一样的，就是对称结，当N区和P区两边的浓度不一样的时候，浓度高得那边PN结窄，浓度低得那边PN结宽。

    2. PN结单向导电性

      a) 外加正向电压：当加入了正向电压的时候，正极接在P区，负极接在N区，那么可以形成一个从左到右的外电场，原先空间电荷区是一个从右到左的内电场，那么这个外电场会削弱内电场的作用，那么扩散运动会加剧，电流指数性质的迅速增大，可以正向导电了，那么需要外加一个电阻R进行限流，最大电流是U/R，防止PN结被烧坏。
            
      b) 外加反向电压：当加入的是反向电压时，结合正向电压的理解，会发现空间电荷区的电场作用更强了，扩散运动更难进行，所以电流很小，已经不导电了，但是空间电荷区的电场的增大，会使得漂移运动加剧，产生微小电流，但最终还是忽略不计。
            
    3. PN结的电流方程：
            
            
                        PN结的伏安特性曲线