半导体对我们的社会产生了巨大的影响。您会发现半导体是微处理器芯片和晶体管的核心。任何计算机化或使用无线电波的东西都取决于半导体。

今天，大多数半导体芯片和晶体管都是用硅制造的。您可能听说过像“硅谷”和“硅经济”这样的表达，这就是为什么-硅是任何电子设备的核心。

一个二极管可能是最简单的半导体器件，因此是一个很好的起点，如果你想了解半导体是如何工作的。在本文中，您将了解半导体是什么，掺杂如何工作以及如何使用半导体创建二极管。但首先，让我们仔细研究硅片。

硅是一种非常常见的元素-例如，它是沙子和石英中的主要元素。如果你在元素周期表中看到“硅”，你会发现它位于铝，碳以下和锗之上。

碳，硅和锗（锗，如硅，也是半导体）在其电子结构中具有独特的性质-每个在其外部轨道中都有四个电子。这使它们形成漂亮的晶体。四个电子与四个相邻原子形成完美的共价键，形成晶格。在碳中，我们知道结晶形式为金刚石。在硅中，结晶形式是银色的金属外观物质。

金属往往是良好的电导体，因为它们通常具有可以在原子之间轻易移动的“自由电子”，而电流则涉及电子的流动。虽然硅晶体看起来很金属，但它们实际上并不是金属。硅晶体中的所有外电子都参与完美的共价键，因此它们不能四处移动。纯硅晶体几乎是绝缘体-很少有电流流过它。

但是你可以通过一个叫做兴奋剂的过程来改变这一切。

您可以通过掺杂来改变硅的行为并将其转变为导体。在掺杂中，您将少量杂质混入硅晶体中。

有两种类型的杂质：

N型-在N型掺杂中，磷或砷以少量添加到硅中。磷和砷各有五个外电子，因此当它们进入硅晶格时它们就不合适了。第五个电子没有任何东西可以粘合，因此它可以自由移动。仅需要非常少量的杂质来产生??足够的自由电子以允许电流流过硅。N型硅是良导体。电子具有负电荷，因此称为N型。

P型-在P型掺杂中，硼或镓是掺杂剂。硼和镓各自只有三个外电子。当混合到硅晶格中时，它们在晶格中形成“空穴”，其中硅电子没有任何键合。没有电子产生正电荷的影响，因此称为P型。孔可以传导电流。一个洞愉快地接受来自邻居的电子，将洞移动到一个空间。P型硅是良导体。

微量的N型或P型掺杂将硅晶体从良好的绝缘体转变为可行的（但不是很大的）导体-因此称为“半导体”。

N型和P型硅本身并不令人惊叹;但当你把它们放在一起时，你会在交界处得到一些非常有趣的行为。这就是二极管中发生的事情。

甲二极管是最简单的可能的半导体装置。二极管允许电流在一个方向上流动而在另一个方向上流动。您可能已经在体育场或地铁站看到了十字转门，让人们只朝一个方向经过。二极管是电子的单向旋转栅。

当您将N型和P型硅放在一起时，如图所示，您会得到一个非常有趣的现象，它为二极管提供了独特的性能。

尽管N型硅本身是导体，并且P型硅本身也是导体，但是图中所示的组合不导电。N型硅中的负电子被吸引到电池的正极端子。P型硅中的正空穴被吸引到电池的负极端子。没有电流流过结点，因为空穴和电子都在错误的方向上移动。

如果你翻转电池，二极管导电就好了。N型硅中的自由电子被电池的负极排斥。P型硅中的空穴被正端子排斥。在N型和P型硅之间的连接处，空穴和自由电子相遇。电子填满了空洞。那些空洞和自由电子不复存在，新的空洞和电子涌现出来取而代之。结果是电流流过结点。

在下一节中，我们将介绍二极管和晶体管的用途。

在允许电流在另一个方向上流动的同时阻止一个方向上的电流的装置被称为二极管。二极管可以以多种方式使用。例如，使用电池的设备通常包含一个二极管，可以在向后插入电池时保护设备。如果电池反转，二极管只会阻止任何电流离开电池-这可以保护设备中的敏感电子元件。

半导体二极管的行为并不完美：

当反向偏置，一个理想二极管会阻止所有的电流。一个真正的二极管可能通过10微安-不是很多，但仍然不完美。如果施加足够的反向电压（V），结会断开并让电流通过。通常，击穿电压比电路看到的电压高得多，因此无关紧要。

当正向偏置，有必要电压少量拿到二极管去。在硅中，该电压约为0.7伏。需要该电压以在结处开始空穴-电子组合过程。

与二极管有关的另一项重大技术是晶体管。晶体管和二极管有很多共同之处。

晶体管

甲晶体管是通过使用创建的三个层，而不是在二极管中使用的两层。您可以创建NPN或PNP三明治。晶体管可以用作开关或放大器。

晶体管背对背看起来像两个二极管。您可以想象没有电流可以流过晶体管，因为背靠背二极管会阻断电流。这是事实。但是，当您在三明治的中心层施加一个小电流时，一个更大的电流可以作为一个整体流过三明治。这为晶体管提供了其开关行为。小电流可以打开和关闭更大的电流。

甲硅芯片是一块硅的，可容纳成千上万个晶体管。使用晶体管作为开关，您可以创建布尔门，使用布尔门可以创建微处理器芯片。

从硅到掺杂硅到晶体管到芯片的自然发展使得微处理器和其他电子设备在当今社会中如此廉价和普遍存在。基本原则非常简单。奇迹是这些原理的不断完善，以至于今天可以在单个芯片上廉价地形成数千万个晶体管。