導語

半導體可以摻雜其他材料，變成p型或n型。pn結二極管可以是正向偏置或反向偏置。led是產生光子的正向偏壓二極管。太陽能電池是吸收光子的pn結，給電子足夠的能量進入導帶。

#1半導體材料

Semiconductor materials

用作半導體的元素，如硅和鍺，有四個外層電子。這意味著它們可以與其他相同的原子形成四個鍵。

在純硅晶體中，每個硅原子被另外四個硅原子所包圍。在這種狀態下硅不導電。

純硅可以摻雜少量雜質，方法是在液體半導體結晶之前將雜質以氣體的形式擴散到液體半導體中。

#2N型半導體

n-type semiconductors

如果將具有五個外層電子的雜質元素，如砷，少量添加到硅中(大約每一百萬個硅原子中有一個雜質原子)，則雜質原子將適應晶體結構。

額外的外層電子不會成鍵進入晶體的價帶。這種摻雜影響了電子在能帶之間移動的能力。更多的電子在傳導帶中可用。

這種雜質使材料具有導電性，稱為n型硅。n型是指多余電子的負電荷。

#3P型半導體

p-type semiconductors

如果一個有三個外層電子的雜質元素，比如銦，以同樣小的數量加入到硅中，那么雜質原子將會融入晶體結構，但會少一個電子。

這種摻雜為價帶以上的電子提供了更多的空間。這增加了材料的導電性。

這種雜質使材料具有導電性，稱為p型硅。p型是指缺電子引起的間隙帶輕微的正電荷。

tips

n型和p型半導體沒有總電荷。雜質原子中的質子平衡了摻雜半導體中電子數量的增加或減少。

#4半導體pn結二極管

Semiconductor p-n junction diode

在形成晶體時，將半導體晶體的一半摻雜p型雜質，另一半摻雜n型雜質，形成pn結二極管。

#5無偏pn結

Unbiased p-n junction

無偏條件意味著沒有外部能量源(沒有電壓)。

在無偏二極管中，在n型和p型材料之間的耗盡層上設置電場。這是由摻雜引起的自由電子不平衡引起的。

#6反向偏置二極管

Reverse biased diode

在反向偏置情況下，將二極管與p型連接到負電源端，將n型連接到正電源端。穿過耗盡層的電場增大。這就像一個阻擋電子流動的屏障。

#7正偏二極管

Forward biased diode

在正向偏壓下，n型導帶中的電子向p型導帶移動。

電子從p型半導體的導帶下降到價帶。能量水平的下降導致能量被釋放。在普通的pn結二極管中，這種能量使二極管在導電時發熱。

tips

二極管只允許電流向一個方向流動。

#8led——發光二極管

led - Light emitting diode

根據所使用的雜質和半導體，導電帶和價帶之間的能級差異可以大到足以以光子的形式發射能量。這是一個發光二極管，簡稱LED。

#9光敏二極管

Photodiodes

還可以制造二極管，使結吸收光的光子。

當光的光子被吸收時，它提供的能量可以使p型半導體的價帶中的電子被提升到導帶。電子流向結中的n型半導體。這會在二極管上產生電位差，并使其產生電動勢。

這是一個光電二極管或光伏電池。

審核編輯：湯梓紅