随着集成电路的应用越来越多，电子基础知识显得更加重要。一方面云计算和大数据的开发在飞速发展，另外芯片产业也开始了全面进程。人们了解一些电子基础知识，能够为研发人员提供便利的外在环境。作为电子电路基本组成元件的二极管，可以作为了解电子技术的基础。

说到电子技术，首先可以先来看上图中电子管。发明电灯过程中，工程师做灯泡的实验的时候，发现了加热灯丝能够向附近的金属发射电子的现象。根据这个专利，后来出现了电子管。电子管是第一台计算机的最主要应用元件，而现在大部分使用的是晶体管。

上图中的电子管计算机，体积和发热量很大，消耗能源很多。

电子管后来的发展方向很多，比如发射电子的CRT显示器、功率放大器和逻辑电路中的二极管构成门电路。

上图为电子管的CRT显示器，现在已经很少使用。

上图为在使用的电子管功放，在某些大功率的仪器中电子管没有被晶体管取代，电子管在高频大功率领域仍旧有不可替代的地位。

上图是现在常用的是半导体晶体的二极管。现在以硅晶体半导体为例子，大概说明晶体管的原理。

硅元素作为一种晶体，有规则的原子排列。

在自然界中，常见的物质根据导电性能的不同，分为导体和绝缘体。还有一类作为半导体而特殊的存在，在元素周期表中介于金属导体和绝缘元素之间，工程师也发现它们的不同作用。以硅晶体二极管为例，来看是怎样有硅、硼和磷元素实现二极管的功用。

有元素周期表中硼、硅和磷的位置，不难想到这三种元素最外层电子数目为3、4和5。往单质硅中分别掺加硼元素和磷元素，会成为两种新的混合物，这两种混合物结合在一起的时候会有特殊的导电性质。

硅原子最外层有四个电子，原子之间存在共价键。当硅单质中掺加了硼元素，因硼原子只有三个价电子，它与周围的硅原子形成共价键，因缺少一个电子，在晶体中便产生一个空位，或者称为空穴。

当硅单质中掺加了五价原子磷元素后，它与硅原子形成共价键，并且有自由电子。

磷和硅元素由共价键作用结合同时会有一个自由电子，硼和硅的共价键会有一个空穴。让分别掺加了硼、磷元素的硅结合在一起，中间的结合面会有电子偏移，大约有几微米的距离。中间电子偏移会达到新的电势平衡，中间产生新的电势平衡的地方称为“PN”结。P为Positive正极的首字母，N为Negative负极的首字母。P端为硼和硅的混合物端，N为磷和硅的混合物端，中间为“PN”结。

左右两部分掺加了硼、磷元素的硅形成“PN”结以后，会有新的特性。伏安特性曲线如下图所示：

（1）晶体硅半导体两端施加正向较低的0.7V左右电压，正向导通，电压稍微增大电流增加很快，电阻作用小，电流的导通性好。

原因是这样的：在“PN”结处，会有一个内在电场。掺加磷元素的一端的自由电子偏移到掺加硼元素的一端，从而由于缺少了电子而形成正电场。同理，掺加了硼元素的一端形成了负电场。由于内在电场的存在，当掺加了磷元素的一端接电源负极时，电源中的电子比较容易流向“PN”结处的正电场，电源电子通过“PN”结后继续流向掺加硼元素的一端，形成接通的回路。

硅二极管内置电势0.7V左右，外部电压大于内置电压则会导通二极管。

（2）当电源反向连接二极管时，掺加硼元素一端接电源负极，掺加磷元素一端接电源正极。掺加磷元素一端的自由电子流向电源正极，与内部电场方向相反，需要更高一些的电源电压才能导通。一旦反向击穿，掺加硼元素一端的原子状态也会有变化，反向电流急剧增大，电压会保持在一个临界的稳定值。如果反向击穿后电压持续比较高，可能会烧毁二极管。

半导体晶体管中“PN”结的特殊性质，为半导体产品的发展和集成电路的出现提供了可能。半导体这种材料，在今天继续发挥着很大的作用，以后会应用到更多的自动化和智能化的产品中。

（图片源于网络，侵删。）