一、物理基础    所有物质按照导电能力的差别可分为导体、半导体和绝缘体三类。半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间。或者说，半导体是介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料有：元素半导体硅(Si)和锗(Ge)、化合物半导体(GaAs)等。导体的电阻率在10-4Ω?cm以下，如铜的电阻率为1.67×10-6 Ω?cm，绝缘体的电阻率在1010 Ω?cm以上，半导体的电阻率在10-3Ω?cm～109Ω?cm之间，与导体的电阻率相比较，半导体的电阻率有以下特点。

1.对温度反映灵敏

导体的电阻率随温度的升高略有升高，如铜的电阻率仅增加0.4%左右，但半导体的电阻率则随温度的上升而急剧下降，如纯锗，温度从20℃上升到30℃时，电阻率降低一半左右。

2.杂质的影响显著

金属中含有少量杂质其电阻率不会发生显著变化，但是，直流数字电压表的设计，极微量的杂质掺在半导体中，会引起电阻率的极大变化。如在纯硅中加入百万分之一的硼，就可以使硅的电阻率从2.3×105 Ω?cm急剧减少到0.4 Ω?cm左右。

3.光照可以改变电阻率

例如，有些半导体(如)受到光照时，其导电能力会变得很强；当无光照时，又变得像绝缘体那样不导电，利用这种特性可以制成光敏元件。而金属的电阻率则不受光照的影响。

温度、杂质、光照对半导体电阻率的上述控制作用是制作各种半导体器件的物理基础。

P型半导体

   在纯净的硅(或锗)晶体内掺入微量的三价元素硼(或铟)，因硼原子的外层有三个价电子，当它与周围的硅原子组成共价键结构时，会因缺少一个电子而在晶体中产生一个空穴，掺入多少三价元素的杂质原子，就会产生多少空穴。因此，这种半导体将以空穴导电为其主要导体方式，称为空穴型半导体，简称P型半导体。必须注意的是，产生空穴的同时并没有产生新的自由电子，数字电压，但原有的晶体仍会产生少量的电子空穴对。

   从以上分析可知，不论是N型半导体还是P型半导体，它们的导电能力是由多子的浓度决定的。可以认为，多子的浓度约等于掺杂原子的浓度，数字电压表原理图，它受温度的影响很小。在一块硅片上采用不同的掺杂工艺，一边形成N型半导体，一边形成P型半导体，则在两种半导体的交界面附近形成PN结；PN结是构成各种半导体器件的基础。

   1.PN结的形成 

   在一块硅或锗的晶片上，采取不同的掺杂工艺，分别形成N型半导体区和P型半导体区。由于N区的多数载流子为电子(即电子浓度高)，少子为空穴(空穴浓度低)，而P区正相反，多数载流子为空穴(即空穴浓度高)，少子为电子(电子浓度低)；在P区与N区的交界面两侧，由于浓度的差别，空穴要从浓度高的P区向浓度低的N区扩散，N区的自由电子要向P区扩散，由于浓度的差别而引起的运动称为扩散运动。这样，在P区就留下了一些带负电荷的杂质离子，在N区就留下了一些带正电荷的杂质离子，从而形成一个空间电荷区。这个空间电荷区就是PN结。在空间电荷区内，只有不能移动的杂质离子而没有载流子，所以空间电荷区具有很高的电阻率。

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