电子学/半导体基础

半导体通常以硅为基材。硅有 14 个电子，分布在三个电子层中。最内侧的两个电子层分别充满 2 个和 8 个电子。最外层的电子层可以容纳 8 个电子，但只存在 4 个。

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  硅原子的简化表示，强调仅包含 4 个电子的外电子层

由于有 4 个电子和 4 个空穴，多个硅原子可以形成稳定的结构，每个原子都与相邻原子共享电子以填充它们的电子层。

在纯硅晶体中，所有原子都与所有相邻原子完美共享电子。然而，可以通过半导体掺杂将其他元素引入晶体，以产生额外的电子或额外的空穴（电子未填充的空位）。这些类型的晶体被称为 n 型半导体（由于额外的电子导致净负电荷）和 p 型半导体（由于电子缺失导致净正电荷）。

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  由 9 个硅原子组成的群体，共享电子
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  n 型半导体：硅原子与一个磷原子
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  p 型半导体：硅原子与一个镓原子

产生半导体不需要很多杂质原子；每 50 万个硅原子中有一个杂质原子就能产生一个合理的半导体。 半导体掺杂中最常用的元素是那些与硅相比只有一个额外电子或空穴的元素：硼、磷、镓和砷都是常见的掺杂剂。

电流在材料中流动是通过引起电子/空穴的级联跳跃。一个电子将进入材料的一侧并从其壳层中击出一个电子，取代其位置。那个电子将继续进行类似的直接运动并执行相同的操作。最终，一个电子将从材料的另一端出来。

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  显示电子在半导体晶体中的流动路径