12-中文配音-直观理解半导体

合集 · 直观理解电子电路系列（中文配音） (34)

Description
本视频为个人学习硬件所收集，为方便快速理解，已将视频原英文配音转成中文，原视频地址为：https://www.youtube.com/watch?v=hrpPKCDLRN0，文字解说：有些发明改变了人类历史的进程，例如火的发现和轮子的发明。
其中一项发明是半导体的使用。
相比之下，半导体的使用是一项相对较新的发明，因为直到 1947 年才使用半导体来制造第一个工作晶体管。
由半导体制成的新设备不断被制造出来，我们仍然不知道这将导致什么结果。
我们根据当时使用的技术来划分我们的历史，例如石器时代、青铜时代和铁器时代。
几千年后，半导体的发现可能被视为历史的伟大分界线之一。
为了了解半导体，我们需要首先了解是什么使某些材料成为导体，而其他材料成为绝缘体。
该图的高度代表每个电子的能量。
在材料内部，某些能级是允许的，而其他能级是禁止的。
在该图中，顶部和底部的能级中允许电子存在，但其间存在很大的禁能级间隙。
在此示例中，允许能级的顶带部分满。
这为电子提供了移动的空间。
因此，这种材料是电导体的一个例子。
在另一个例子中，底部能带完全充满，顶部能带完全空。
在这里，电子没有移动的空间。
因此，这种材料是电绝缘体的一个例子。
现在假设我们有一种材料，其允许的能级之间的差距要小得多。
我们称这种材料为半导体。
我们只显示顶部能带的一行，以及底部能带的一行。
在半导体中，间隙足够小，热振动允许电子有时从较低能带跃迁到较高能带。
高能带中的电子现在可以自由移动。
这个电子在底部能带留下一个空穴，空穴的位置也可以自由移动。
当顶部的电子和底部的空穴相遇时，电子回落到较低的能级。
本例中的半导体并不是很好的电流导体。
我们可以通过向半导体添加杂质来改变这一点。
例如，我们可以添加杂质，从而在底部能带附近产生额外的可用能级。
这使得底部能带中的电子能够轻松地跳跃到这些新能级，从而留下可以四处移动的空穴。
这种材料现在可以轻松传导电流。
每个蓝色球体代表一个带负电的电子，每个红色球体代表相关的带正电的质子。
材料中质子和电子的总数完全相等，因此材料含有等量的正电荷和负电荷。
显示红色球体而没有蓝色球体的位置可以被认为是带有正电荷的“孔”。
由于带有“正”电荷的空穴可以被认为是四处移动，因此我们将其称为“P 型”材料。
我们将此另一个示例称为“N 型”材料。
图的高度仅代表电子的能量，而不代表质子的能量。
每个质子都显示在其相关电子旁边，只是为了清楚地表明材料中质子和电子的总数完全相等，因此该材料包含等量的正电荷和负电荷。
在顶部能带中自由移动的电子带有“负”电荷，这就是我们将其称为“N型”材料的原因。
就像P型材料一样，N型材料也很容易传导电流。
现在假设我们将 N 型材料放置在 P 型材料旁边。
来自N型材料的电子将迁移到P型材料中，并且来自P型材料的空穴将迁移到N型材料中。
然后顶部能带中的电子将落入底部能带的空穴中。
这导致 N 型材料中具有净正电荷的区域，以及 P 型材料中具有净负电荷的区域。
这会产生一个电场，防止额外的电子和空穴交叉。
这由两种材料之间的能量差来表示，这表明如果电子试图“上坡”，它们会感受到相反的力。
假设我们施加如图所示的外部电压。
该电压增加了 N 型材料和 P 型材料之间的能量差异，使电子和空穴更难跨越。
在这种情况下，该设备会阻止电流流动。
现在，假设我们在相反方向施加电压。
这减少了两侧之间的能量差，允许一些电子和空穴交叉。
由于N型材料中电子密度较高，P型材料中空穴密度较高，因此电子的净流动是从N型进入P型，空穴的净流动是 就是从P型变成N型。
空穴向左移动需要电子向右移动，这意味着在 N 型和 P 型材料内部，都存在从左向右移动的电子净流。
我们创建了一种称为“二极管”的器件，它允许电流沿一个方向流动，但阻止电流沿相反方向流动。
现在让我们考虑一下当我们将 P 型材料放置在两种不同的 N 型材料之间时会发生什么。
如果我们施加如图所示的电压，该设备将阻止电流流动。
现在让我们在另一个位置施加一个小电压。
该设备现在允许电流流动。
这里，通过中间端子的非常小的电流控制通过其他两个端子的大得多的电流。
我们将此器件称为 N-P-N 晶体管，这只是用半导体构造晶体管的多种不同方法之一。
晶体管是现代电子产品的基础，晶体管只是半导体制造的许多不同类型设备的一个例子。
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