半导体如何工作

现代技术之所以成为可能，是因为一种叫做半导体的材料。所有有效成分，集成电路、微芯片、晶体管和许多传感器都是用半导体材料制造的。

虽然硅是电子产品中最广泛使用的半导体材料，但使用一系列半导体，包括锗，砷化镓，碳化硅和有机半导体。每个材料具有诸如成本与性能比，高速操作，高温公差或对信号的所需响应的优点。

半导体

半导体是有用的，因为工程师在制造过程中控制电气性能和行为。通过在半导体中加入少量的杂质来控制半导体的性能兴奋剂。不同的杂质和浓度产生不同的效果。通过控制掺杂，可以控制电流通过半导体的方式。

在一个典型的导体中，如铜，电子携带电流并作为电荷的载体。在半导体中，电子和空穴(没有电子的空穴)都是载流子。通过控制半导体的掺杂，电导率和载流子被定制为电子或空穴基础。

有两种类型的兴奋剂：

• n型掺杂剂，通常是磷或砷，具有五个电子，当添加到半导体时，该电子提供额外的自由电子。由于电子具有负电荷，因此以这种方式掺杂的材料称为n型。
• p型掺杂剂，如硼和镓，有三个电子，这导致半导体晶体中没有一个电子。这就产生了一个空穴或一个正电荷，因此得名p型。

均匀的n型和p型掺杂剂，即使是分钟数量，使半导体成为体面的导体。然而，n型和p型半导体不特殊，并且仅是体面的导体。当这些类型彼此接触时，形成P-N结时，半导体得到不同的行为和有用的行为。

P-N结二极管

一种P-n结，与每个材料分开不同，不像导体一样表现出来。不是允许电流在任一方向上流动，而是P-N结允许电流仅在一个方向上流动，从而创建基本二极管。

在向前方向（正向偏压）上施加跨越P-N结的电压有助于N型区域中的电子与p型区域中的孔组合。试图通过扭转电流（反向偏差）的流动二极管迫使电子和空穴分开，这阻止电流流过结。以其他方式组合P-N结为其他半导体元件(如晶体管)打开了大门。

晶体管

基本晶体管由三个n型和p型材料的结的组合而不是二极管中使用的两者的结合。组合这些材料产生NPN和PNP晶体管，称为双极结晶体管（BJT）。中心或基部区域BJT允许晶体管充当开关或放大器。

NPN和PNP晶体管看起来像两个二极管放回返回，这会阻止所有电流在任一方向上流动。当中心层正向偏置时使得小电流通过中心层流动时，形成有中心层的二极管的性质改变，以允许更大的电流在整个装置上流动。该行为给出了晶体管，该能力放大小电流并充当打开或关闭电流源的开关。

许多类型的晶体管和其他半导体器件都是由P-N结以多种方式组合而成的，从先进的、特殊功能的晶体管到可控二极管。以下是一些由P-N结精心组合而成的组件:

• 双向开关二极管
• 激光二极管
• 发光二极管(领导）
• 齐纳二极管
• 达林顿晶体管
• 场效应晶体管(包括mosfet)
• IGBT晶体管
• 可控硅
• 集成电路
• 微处理器
• 数字存储器(内存和rom）

传感器

除了半导体允许的电流控制之外，半导体还具有制作有效传感器的性能。这些可以使其对温度，压力和光的变化敏感。电阻的变化是半导体传感器最常见的响应类型。

由半导体特性而产生的传感器类型包括:

• 霍尔效应传感器（磁场传感器）
• 热敏电阻(电阻式温度传感器)
• CCD / CMOS图像传感器)
• 光电二极管（光传感器）
• 光敏电阻(光传感器)
• 压敏电阻(压力/应变传感器)