自然界中的每种材料都有某些特性。这些属性定义了材料的行为。材料科学是电子学的一个分支，致力于研究电子在各种条件下在各种材料或空间中的流动。

由于固体中原子的混合而不是单个能级，因此会形成能级带。这些紧密结合的能级集称为能带。

材料种类

存在价电子的能带称为价带，而存在导电电子的能带称为导带。这两个频带之间的能隙称为禁带能隙。

在电子方面，材料大致分为绝缘子，半导体和导体。

• 绝缘体-绝缘体是由于禁忌间隙大而无法导通的材料。例如：木材，橡胶。

• 半导体-半导体是这样的材料，其中禁止的能隙很小，如果施加一些外部能量，则会发生传导。例如：硅，锗。

• 导体-导体是这样的材料，当价带和导带变得非常紧密并重叠时，禁带的能隙消失。例如：铜，铝。

在这三种中，绝缘子用于需要耐电性的地方，导体用于需要高导电性的地方。半导体引起了人们对其使用方式的特殊兴趣。

半导体类

半导体是一种电阻率介于导体和绝缘体之间的物质。电阻率的特性不是唯一将材料确定为半导体的特性，但它具有以下特性。

• 半导体的电阻率小于绝缘体，而大于导体。

• 半导体具有负温度系数。半导体中的电阻随着温度的降低而增加，反之亦然。

• 当向其中添加适当的金属杂质时，半导体的导电性能会发生变化，这是非常重要的性能。

半导体器件广泛用于电子领域。晶体管取代了笨重的真空管，从而减小了设备的尺寸和成本，并且这种革命不断加快其步伐，从而导致了诸如集成电子产品的新发明。半导体的分类如下所示。

极其纯净的形式的半导体被称为本征半导体。但是这种纯形式的传导能力太低。为了提高本征半导体的导电能力，最好添加一些杂质。这种添加杂质的过程称为掺杂。现在，这种掺杂本征半导体称为本征半导体。

加入的杂质通常是五价和三价杂质。根据杂质的这些类型，进行另一种分类。当将五价杂质添加到纯半导体中时，它被称为N型非本征半导体。同样，当将三价杂质添加到纯半导体中时，其被称为P型非本征半导体。

PN结

当电子从其位置移动时，据说在那里会形成一个空穴。因此，空穴是电子的缺失。如果说电子从负端移动到正端，则意味着空穴正在从正端移动到负端。

上述材料是半导体技术的基础。通过添加五价杂质而形成的N型材料具有电子作为其多数载流子并且具有空穴作为少数载流子。同时，通过添加三价杂质形成的P型材料具有空穴作为其主要载流子并且具有电子作为少数载流子。

让我们尝试了解将P和N材料连接在一起会发生什么。

如果将P型和N型材料彼此靠近，则它们会结合在一起形成接合点，如下图所示。

P型材料具有空穴作为多数载流子，而N型材料具有电子作为多数载流子。随着相反电荷的吸引，P型中的空穴很少趋向n侧，而N型中的电子几乎趋向于p侧。

当它们都向结点行进时，空穴和电子彼此复合以中和并形成离子。现在，在该结中，存在一个形成正离子和负离子的区域，如图所示，称为PN结或结势垒。

在P侧形成负离子，在N侧形成正离子，导致在PN结任一侧形成一个狭窄的带电区域。现在该区域没有可移动的电荷载体。此处存在的离子是固定的，并在它们之间保持一定的空间区域，而没有任何载流子。

由于该区域充当P型和N型材料之间的势垒，因此也称为势垒结。这有另一个名称，称为耗尽区域，这意味着它会耗尽两个区域。由于离子的形成，在称为电位势垒的结上会出现电位差V _D ，因为它阻止了空穴和电子进一步穿过该结。这种结构称为二极管。

二极管的偏置

当二极管或任何两个端子组件连接到电路中时，在给定的电源下它会处于两个偏置状态。它们是正向偏置条件和反向偏置条件。

偏向条件

当二极管连接到电路中时，其阳极连接到电源的正端子，阴极连接到电源的负端子，则这种连接被称为正向偏置状态。

这种连接使电路的正向偏置越来越大，并有助于增加导通。二极管在正向偏置条件下传导良好。

反向偏置条件

当二极管连接到电路中时，其阳极连接到电源的负极端子，阴极连接到电源的正极端子，则这种连接称为反向偏置状态。

这种连接使电路的反向偏置越来越大，有助于最小化和防止导通。二极管不能在反向偏置条件下导通。

有了以上信息，我们现在对PN结是个好主意。有了这些知识，让我们在下一章继续学习晶体管。