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半导体与二极管

半導体

IV 電気と磁気／半導体

一句话结论

掺入五价元素得 n 型（载流子是自由电子），三价元素得 p 型（载流子是空穴）。pn 结只在正向偏压下导通，这就是整流作用。半导体的电阻随温度升高而减小，与金属相反。

半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间，而且可以通过掺杂精确调控——这是它成为电子器件基础的原因。纯硅几乎不导电，掺进极少量杂质后导电能力可以提高几个数量级。

为什么是这样

纯净的硅或锗每个原子的四个价电子都用在共价键上，几乎没有自由载流子，所以不导电。掺入五价元素（如磷）会多出一个电子，成为 n 型；掺入三价元素（如硼）会缺一个电子形成「空穴」，成为 p 型。

空穴不是真的粒子，而是电子缺位的移动。但它表现得像一个带正电的载流子——邻近电子填进空位，等效于空位向反方向移动。这个等效描述让 p 型半导体可以用「正载流子」来分析。

把 n 型和 p 型接在一起就是 pn 结。它的关键性质是单向导电：p 接正极、n 接负极（正向偏压）时导通；反过来则截止。二极管的整流作用就是这个性质的直接应用。

半导体不遵守欧姆定律，所以没有一条像 V = IR 那样的公式。它的行为由 V–I 特性曲线描述：二极管在正向电压超过约 0.6 V（硅）后电流急剧上升，反向几乎不导通。

遇到这类元件的电路题只能用试算法：假设一个工作点，从特性曲线读出对应的电流，检查是否与电路的其他约束（如串联电阻的分压）一致，不一致则调整。

另一个必须记住的定性规律：半导体的电阻随温度升高而减小（更多电子被激发成载流子），而金属的电阻随温度升高而增大（晶格振动加剧阻碍电子）。这两者方向相反，是常见的判断题考点。

I = 0

适用条件

含二极管的电路题标准做法：先假设二极管导通，把它当成导线（或 0.6 V 的电压源），算出电流方向；若算出的电流方向与二极管允许的方向一致，假设成立；不一致则二极管截止，把它当断路重算。

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