杂质半导体和PN结的导电原理

    由于纯净的半导体材料本身导电能力相对较为薄弱，无法直接应用于晶体管的制备过程中。为了解决这个问题，科学家们巧妙地在纯净的半导体材料中掺杂适量的杂质元素，从而显著提高了其导电性能，这种半导体被定义为杂质半导体。根据杂质元素性质的差异，杂质半导体又可细分为P型半导体（也称作空穴型半导体）以及N型半导体（亦称作电子型半导体）两大部分。其中，字母“P”代表“正”的含义，而“N”则表示“负”的概念。

（一） P型半导体

    在硅（或锗）晶体内部掺入少量的三价元素硼B（或铟In、铝Al）后，便会产生大量的空穴。此类半导体主要依赖于空穴进行导电，故称之为P型半导体。在P型半导体中，空穴占据着多数载流子的地位，而自由电子则作为少数载流子存在。在外加电场的驱动下，P型半导体中的电流主要由空穴电流构成。

（二） N型半导体

    在硅（或锗）晶体内部掺入少量的五价元素磷P（或锑Sb、砷As）后，便会产生大量的电子进行导电。尽管此类半导体中存在少量的空穴，但是自由电子的数量远超过空穴，因此该类型半导体主要依靠电子进行导电，被称为N型半导体。在N型半导体中，自由电子占据着多数载流子的地位，而空穴则作为少数载流子存在。在外加电场的驱动下，N型半导体中的电流主要由电子电流构成。

（三） PN结的单向导电性

    当PN结施加正向电压时，会有较高的电流通过，且正向电阻非常小，PN结呈现出导通状态。反之，如果PN结施加反向电压，仅会有微弱的电流通过，甚至可以近似认为无电流通过，反向电阻极大，PN结呈现出截止状态。这便是PN结最为直观、显著的特性——单向导电性。由此可见，PN结之所以具备单向导电性，关键在于其阻挡层的存在，并且该特性还会随着外加电压的变化而发生相应改变。晶体二极管、晶体三极管以及各类半导体器件的工作特性，均建立在PN结单向导电特性的基础之上。

    PN结最具重要性的特性无疑是单向导电性，它不仅是所有半导体器件的基石，同时也是研究其他性能如光、热等对PN结影响的重要依据。在实际应用中，我们应当尽可能规避那些对PN结产生不利影响的因素，同时充分利用其独特的性能特点，研发出更多新型的器件产品。