见微知著，以小“控”大的三极管（二）

    之前的一篇文章中我们详细地阐释了PN结的形成和原理，接下来我将围绕PN结的电气特性来继续讨论。补充说明一下， 前文中已经提到过，半导体具有许多特性，所处的领域不同，行业不同，对半导体的研究也就不尽相同，举个例子在集成电路领域，工程师比较关心的是材料本身的属性，掺杂特性，以及成片工艺等几方面因素对半导体的影响，怎样在芯片内部刻划，掺杂提纯选择什么样的金属或者非金属，材料本身的分子活动性会对我的片子有些什么影响；而如果放在分立式电路领域而言，首先我要关心的是外部电流电压对我片子影响，温度升高会导致我那条伏安特性曲线会有明显的变化，考虑到工作频率的话会对我各引脚的走线有什么具体的要求，等长还是限宽？立场不同，相应地看问题的角度也就不同。

    言归正传，这次我们谈谈PN结的正偏和反偏，前一篇文章我们深入到底层讲解了PN结好不容易才建立起来的热平衡，现在我们将通过某种特殊的方式来利用热平衡来达到我们的某种特殊的用途。

    最容易理解的应该就是二极管的单向导电性，PN结正偏导通，电流通过，PN结反偏则截止，相当于开路。那么我们该怎样把这件简单的事情变复杂呢？

    宏观地来讲，外电压正偏会相应地产生外电场，而该外电场与内建电场的方向相反，内建电场的场强变小，自然PN结两端的电势能也就随之减小，那么减小的电势能到哪去了呢？再次根据能量守恒定律，势能的减小很大一部分转换成了电子的动能，电子们拼命地沿着浓度阶梯和电势阶梯运动，从而形成电流。

    再次深入到量子力学中，我把我所理解的工作过程做了张demo出来，便于理解整个工作流程和底层原理。作图和整理的过程中发现之前的那篇文章中有错误，我搞反了内建电场和能带相对位移的因果关系，也正是因为我就是想记录一名硬件工程师的成长过程，并且我觉得那个错误比较典型，所以就不修改上文了，只在此郑重更改，暂时以上图的逻辑关系为准。相应地，在回顾模电的时候还发现课本上对PN结工作过程的解释也有缺陷。其实我也是在一边看书，一边研究，一边总结，所以可能在接下来的探讨中也会出现谬误，还请相关专业大神不吝赐教。

    外电压正偏的实质可以理解为一台电子泵，电子源源不断地向N型半导体方向涌入，很自然地使N型半导体的能带升高，相应地能级也就提升，意味着能带相对位移的减小，导致结面势垒降低，也就直接造成恶劣空间电荷区变薄，于是，随着势垒的降低，挣脱了束缚的电子便沿着能级坡度和浓度坡度欢快地奔跑，至此，电流成型。相反地，外电压反偏时P型半导体电子浓度上升，能带继续上升，相对位移加大，势垒增加，电子迁移难度增加，则向外的直接表现就是PN结的截止状态。

    综上所述，我们已经成功地将一个简单的二极管原理剪断了，掰开了，揉碎了探讨过了，下篇我们将过渡到三极管部分，基于上述理论的理解，应该会比较容易地弄清楚三极管的原理。