见微知著，以小“控”大的三极管（一）

    从半导体的光敏，热敏，掺杂特性对其导电能力的控制性谈起，在绝对零度和外界无激发时，本征半导体中没有载流子，因为共价键有很强的结合力，如果没有足够的能量，则最外层电子不能挣脱原子核的束缚成为自由电子。因此在这种情况下，本征半导体不导电。当获得一定能量（热，光等）后，少量最外层电子成为自由电子，同时，在共价键中留下一个空位，称为空穴，而通常我们将空穴当做正电荷。

    空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。严格得来说，对于P型半导体，之所以其多子为空穴，是因为其价电子与其它原子合作形成共价键时，常有缺省，更容易接收电子来组成稳定的共价键，而组成共价键意味着多了一个电子，所以该原子将呈负电性。按我的理解，空穴的减少并不是因为转移，而是因为电子的中和作用。无论是P型半导体还是N型半导体，接触边缘所呈的电性是与其原子在达到稳定结构后其化合价紧密相关的。

    马上要说到的各种管子便是围绕PN结这么一个玩意来展开的，也不太想文绉绉地摘录模电课本上的说明。我只把自己的理解阐述一下，如有纰漏，你又能拿我怎么滴？

    PN结就是这么一个玩意：把硅片一分为二，上半部分掺杂五价元素（磷，砷）成为N型半导体（Negative字头，表示电子为多子），下半部分掺杂三价元素（硼）成为P型半导体（Positive字头，空穴为多子）。这两种半导体交界的部分，正负电荷浓度导致了电荷的互动，那么会不会一直这么互动下去呢？不会的，电荷的互动导致了交界处原子间形成了一层薄薄的内电层，该内电层将会阻止多子扩散，促使少子飘移，当达到热平衡时，形成PN结。

    让我们先从量子力学的角度来解释下，能级相平而能带倾斜是PN结处于热平衡状态并存在内建电场的根本原因。PN结上就能带而言，P型半导体在接受了电子之后，能带相应提升，能级也就随之升高；相反得，N型半导体能带下降，能级也就随之降低。能级相平意味着电子的迁移减少，也就是热平衡状态；能带倾斜意味着势垒的存在，也就是我们在上文中提到的内建电场的形成。

    那么从宏观能量守恒的角度来看，内建电场也就是指电势能差，这个差从哪来呢？我的理解就是电子迁移的动能转换成了PN结内建电场的势能，热平衡的形成的过程也就是电子动能和电场势能转化直到稳定的过程。该理论属于推测，欢迎指正。

    PN结的形成和原理是我们即将探讨的晶体管和场效应管的前提和基础，即使不深入到底层物理级别，也要在宏观上对其原理有一个系统而明确的认识。