半导体的工作方式

您可以改变硅的行为，并将其转变为导体掺杂它。在掺杂中，您将少量不纯进入硅晶体。

有两种类型的杂质：

一分钟的N型或P型掺杂将硅晶体从良好的绝缘体变成可行的（但不是很好）的导体，因此称呼为“半导体”。

N型和P型硅本身并不令人惊奇。但是，当您将它们放在一起时，您会在交界处获得一些非常有趣的行为。这就是二极管中发生的事情。

一种二极管是最简单的半导体设备。二极管允许电流沿一个方向流动，而不是另一个方向流动。您可能已经在体育场或地铁站看到了旋转栅门，这些旋转栅门只能让人们朝一个方向驶过。二极管是电子的单向旋转门。

如本图所示，将N型和P型硅放在一起时，您会得到一个非常有趣的现象，从而使二极管具有其独特的属性。

即使N型硅本身就是导体，而P型硅本身也是导体，但图中显示的组合也不会导致任何电力。N型硅中的负电子被吸引到电池。P型硅中的正孔被电池的负端子所吸引。由于孔和电子每个都在错误的方向上移动，因此没有电流在交界处流动。

如果你翻转电池，二极管的电力很好。N型硅中的自由电子被电池的负端子排斥。P型硅中的孔被正末端排斥。在交界处在N型和P型硅之间，孔和自由电子相遇。电子填充孔。这些孔和自由电子不再存在，新的孔和电子弹出来代替它们。效果是电流流通过交界点。

在下一节中，我们将研究二极管和晶体管的用途。

一种在一个方向上阻断电流的设备，同时让电流流向另一个方向，称为二极管。二极管可以通过多种方式使用。例如，如果您向后插入电池，则使用电池的设备通常包含一个保护设备的二极管。如果二极管逆转，则只需阻止任何电流离开电池 - 这保护了设备中的敏感电子。

什么时候反向偏见，理想的二极管将阻止所有电流。真正的二极管让大概10微型通过 - 不多，但仍然不完美。如果您应用了足够的反向电压（v），交界处分解并允许通过。通常，故障电压比电路所看到的要多得多，因此它无关紧要。

什么时候向前偏见，使二极管运转需要少量电压。在硅中，该电压约为0.7伏。需要此电压以启动连接处的孔 - 电子组合过程。

与二极管相关的另一种巨大技术是晶体管。晶体管和二极管有很多共同点。

晶体管

一种晶体管通过使用三层而不是二极管中使用的两个层。您可以创建NPN或PNP三明治。晶体管可以充当开关或放大器。

晶体管看起来像两个二极管。您会想象，没有电流可以流过晶体管，因为背对背二极管会两种方式阻止电流。这是真的。但是，当您将小电流应用于中心层在三明治中，更大的电流可以整体流过三明治。这给了晶体管交换行为。小电流可以打开和关闭较大的电流。

一种硅片是一块可以容纳数千个晶体管的硅。将晶体管充当开关，您可以创建布尔盖茨，借助布尔门，您可以创建微处理器芯片。

从硅到掺杂的硅再到晶体管到芯片的自然发展是使微处理器和其他电子设备在当今社会中如此便宜且无处不在的原因。基本原则非常简单。奇迹是这些原理的持续改进，以至于今天，可以将数千万晶体管可以廉价地形成到一个芯片上。

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最初出版：2001年4月25日