擴散運動：物質總是從濃度高的地方向濃度低的地方運動，這種由于濃度差而產生的運動稱為擴散運動。

空間電荷區(qū)：由于擴散運動使得PN結交界面產生一片復合區(qū)域，可以說這里沒有多子，也沒有少子。因為剛剛擴散過來就會立刻與異性復合，此運動不斷發(fā)生著（此處請專家斟酌）。P區(qū)一側出現負離子區(qū)，N區(qū)出現正離子區(qū)，它們基本上是固定的，稱為空間電荷區(qū)。

電場形成：空間電荷區(qū)形成內電場。

空間電荷加寬，內電場增強，其方向由N區(qū)指向P區(qū)，阻止擴散運動的進行。

漂移運動：在電場力作用下，載流子的運動稱漂移運動。

電位差：空間電荷區(qū)具有一定的寬度，形成電位差Uho，電流為零。

耗盡層：絕大部分空間電荷區(qū)內自由電子和空穴的數目都非常少，在分析PN結時常忽略載流子的作用，而只考慮離子區(qū)的電荷，稱耗盡層。

PN結的特點：具有單向導電性。

半導體的發(fā)現實際上可以追溯到很久以前。

1833年，英國科學家電子學之父法拉第最先發(fā)現硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，一般情況下，金屬的電阻隨溫度升高而增加，但巴拉迪發(fā)現硫化銀材料的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導體現象的首次發(fā)現。

不久，1839年法國的貝克萊爾發(fā)現半導體和電解質接觸形成的結，在光照下會產生一個電壓，這就是后來人們熟知的光生伏特效應，這是被發(fā)現的半導體的第二個特征。

1873年，英國的史密斯發(fā)現硒晶體材料在光照下電導增加的光電導效應，這是半導體又一個特有的性質。半導體的這四個效應，(jianxia霍爾效應的余績──四個伴生效應的發(fā)現)雖在1880年以前就先后被發(fā)現了，但半導體這個名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯首次使用。而總結出半導體的這四個特性一直到1947年12月才由貝爾實驗室完成。

在1874年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電導與所加電場的方向有關，即它的導電有方向性，在它兩端加一個正向電壓，它是導通的；如果把電壓極性反過來，它就不導電，這就是半導體的整流效應，也是半導體所特有的第三種特性。同年，舒斯特又發(fā)現了銅與氧化銅的整流效應。

很多人會疑問，為什么半導體被認可需要這么多年呢？主要原因是當時的材料不純。沒有好的材料，很多與材料相關的問題就難以說清楚。如果感興趣可以讀一下Robert W.Cahn的The coming of Materials Science中關于半導體的一些說明[2]  。

半導體五大特性∶摻雜性，熱敏性，光敏性，負電阻率溫度特性，整流特性。

★在形成晶體結構的半導體中，人為地摻入特定的雜質元素，導電性能具有可控性。

★在光照和熱輻射條件下，其導電性有明顯的變化。

伏安特性曲線：加在PN結兩端的電壓和流過二極管的電流之間的關系曲線稱為伏安特性曲線。如圖所示：

正向特性：u>0的部分稱為正向特性。

反向特性：u<0的部分稱為反向特性。

反向擊穿：當反向電壓超過一定數值U（BR）后，反向電流急劇增加，稱之反向擊穿。

勢壘電容：耗盡層寬窄變化所等效的電容稱為勢壘電容Cb。

變容二極管：當PN結加反向電壓時，Cb明顯隨u的變化而變化，而制成各種變容二極管。如下圖所示。

平衡少子：PN結處于平衡狀態(tài)時的少子稱為平衡少子。

非平衡少子：PN結處于正向偏置時，從P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴散到P區(qū)的自由電子均稱為非平衡少子。

擴散電容：擴散區(qū)內電荷的積累和釋放過程與電容器充、放電過程相同，這種電容效應稱為Cd。

結電容：勢壘電容與擴散電容之和為PN結的結電容Cj。

半導體中的雜質對電阻率的影響非常大。半導體中摻入微量雜質時，雜質原子附近的周期勢場受到干擾并形成附加的束縛狀態(tài)，在禁帶中產生附加的雜質能級。例如四價元素鍺或硅晶體中摻入五價元素磷、砷、銻等雜質原子時，雜質原子作為晶格的一分子，其五個價電子中有四個與周圍的鍺（或硅）原子形成共價結合，多余的一個電子被束縛于雜質原子附近，產生類氫能級。雜質能級位于禁帶上方靠近導帶底附近。雜質能級上的電子很易激發(fā)到導帶成為電子載流子。這種能提供電子載流子的雜質稱為施主，相應能級稱為施主能級。施主能 級上的電子躍遷到導帶所需能量比從價帶激發(fā)到導帶所需能量小得多（圖2）。在鍺或硅晶體中摻入微量三價元素硼、鋁、鎵等雜質原子時，雜質原子與周圍四個鍺（或硅）原子形成共價結合時尚缺少一個電子，因而存在一個空位，與此空位相應的能量狀態(tài)就是雜質能級，通常位于禁帶下方靠近價帶處。價帶中的電子很易激發(fā)到雜質能級上填補這個空位，使雜質原子成為負離子。價帶中由于缺少一個電子而形成一個空穴載流子。這種能提供空穴的雜質稱為受主雜質。存在受主雜質時，在價帶中形成一個空穴載流子所需能量比本征半導體情形要小得多。半導體摻雜后其電阻率大大下降。加熱或光照產生的熱激發(fā)或光激發(fā)都會使自由載流子數增加而導致電阻率減小，半導體熱敏電阻和光敏電阻就是根據此原理制成的。對摻入施主雜質的半導體，導電載流子主要是導帶中的電子，屬電子型導電，稱N型半導體（圖3）。摻入受主雜質的半導體屬空穴型導電，稱P型半導體。半導體在任何溫度下都能產生電子-空穴對，故N型半導體中可存在少量導電空穴，P型半導體中可存在少量導電電子，它們均稱為少數載流子。在半導體器件的各種效應中，少數載流子常扮演重要角色。

P型半導體與N型半導體相互接觸時，其交界區(qū)域稱為PN結。P區(qū)中的自由空穴和N區(qū)中的自由電子要向對方區(qū)域擴散，造成正負電荷在PN 結兩側的積累，形成電偶極層(圖4 )。電偶極層中的電場方向正好阻止擴散的進行。當由于載流子數密度不等引起的擴散作用與電偶層中電場的作用達到平衡時，P區(qū)和N區(qū)之間形成一定的電勢差，稱為接觸電勢差。由于P 區(qū)中的空穴向N區(qū)擴散后與N區(qū)中的電子復合，而N區(qū)中的電子向P區(qū)擴散后與P 區(qū)中的空穴復合，這使電偶極層中自由載流子數減少而形成高阻層，故電偶極層也叫阻擋層，阻擋層的電阻值往往是組成PN結的半導體的原有阻值的幾十倍乃至幾百倍。

PN結具有單向導電性，半導體整流管就是利用PN結的這一特性制成的。PN結的另一重要性質是受到光照后能產生電動勢，稱光生伏打效應，可利用來制造光電池。半導體三極管、可控硅、PN結光敏器件和發(fā)光二極管等半導體器件均利用了PN結的特性。

PN結的單向導電性

P端接電源的正極，N端接電源的負極稱之為PN結正偏。此時PN結如同一個開關合上，呈現很小的電阻，稱之為導通狀態(tài)。

P端接電源的負極，N端接電源的正極稱之為PN結反偏，此時PN結處于截止狀態(tài)，如同開關打開。結電阻很大，當反向電壓加大到一定程度，PN結會發(fā)生擊穿而損壞。