本篇目标：

(资料图片仅供参考)

1.理解P型掺杂和N型掺杂；

2.理解二极管的基本属性。

首先，为了把门槛降低到小学二年级，我们先对电流建立一个很简单很直观的认识。例如下图就是一个很简单的电路。图中那个带叉叉的圆圈一般指的是小灯泡，也就是一个抽象的用电器，具体干啥不是很重要。图下边那个一长一短就电源，一般约定，短的一边是负极，长的一边是正极。

电流，可以简单理解为电子的定向移动。电子从电源负极跑出来，溜了一圈又从电源正极回去。我的这个图的绿点点就是表示电子，箭头就是电子运动的方向。现在这个电路中的电子在电压的驱动下，动起来了，电路导通，灯泡亮了。OK，我手动划出第一个重点：电路导通，就是器件中的电子可以在电压的驱动下动起来。

接下来，我们很自然地就会问，那啥情况下能电子可以动起来，啥情况不行呢？这个我们就要去看化学元素的核外电子排布了。一般来说，如果核外电子被安排得明明白白，那就不能导电；如果核外电子约束比较松，可以到处溜，那就可以导电。这里所说的“安排得明明白白”指的就是最外层核外电子数达到8个（至于为什么是8个，为什么8个就稳定了，这个可能要去求解薛定谔方程才能知道，咱们先不管，就当是地球online的设定好了）。我们现在先看看这仨元素：

5号硼元素B、14号硅元素Si和15号磷元素P，元素的序号就是说元素平时有几个核外电子。例如14号的硅，就是有14个核外电子，最里边俩电子，然后8个，最外边4个，就是中间那个示例。硼元素和磷元素同理。我们暂时只关心最外层电子，可以先这么表示：

最外层电子分别是3、4、5。诶，那这仨核外电子都不是8个，是不是都可以导电呢？其实并不是，电子这玩意就很神奇，当一堆硅元素垒在一块，就会发动“秘技-共用电子对”，就像这样：

硅元素外边的4个电子，会和周围的硅元素共用，既是你的又是我的。上图的圆圈可以理解为硅元素的边界，一个圆圈内都有8个电子，诶嘿，这就稳定了，然后坏了，这就不导电了。然后我们很容易想到，如果换个元素呢，比如掺点磷元素，就像这样：

磷元素和最外层电子有5个，这样就会多出一个来，就是红色箭头指的那个。这一个孤零零的电子就可以到处溜达的，如果没有电压，那就是随便溜，电压一加上，就可以定向移动，电流就有了。相应的，我们也可以掺杂硼元素，然后就变成这样的了：

导电，既可以是多一个电子，也可以是少一个电子。因为这样，旁边的电子就可以溜过来补位，然后旁边的旁边可以再过来补位，以此类推，电子还是可以动起来，还是可以导电。

刚刚说得那个，在硅中掺了磷元素，有一个负电荷可以到处跑，我们称之为N型掺杂。相应的，在硅中掺了硼元素，也就是有一个空穴到处跑，我们称之为P型掺杂。现在分别用这样的灰点和绿点来表示P型半导体和N型半导体，可以注意到，它们都是可以导电的：

最后就好玩了，如果我们把这俩拼一块呢？这玩意叫PN结。这个PN结的P区本来就有空闲的电子到处溜，N区本来就有很多空位想要电子，诶嘿一拍即合，开溜，就会这样：

电子忍不住偷偷溜过去一点之后，P区就会带上一点负电荷，相应的N区就会带上正电荷，P区带上负电荷，然后这俩玩意就内建电场了。照理说，带负电荷的玩意和带正电荷的玩意搭到了一块，电子就会从很自觉地从负电荷的P区溜到正电荷区N区，但是呢，PN这个结构，又使得电子特别想从N区溜到P区。电子呀，它就很矛盾......

我们知道，一般的电路呢，电子会从电源负极出发，经过用电器，跑一圈，回到电源正极。所以如果让电源配合一下PN结呢，也就是把负极接到N区，把正极接到P区，这样一来就顺了电子的意，它也不用纠结了，就可以欢快地跑起来了，也就是有了电流，电路导通了。

同理，如果我们逆着电子的意接电路，反过来，把负极接到P区，把正极接到N区。也就是说，原本电子想要从N区溜到P区，但是电源却想要让电子反着溜，电子就很难受（bushi）。于是，电路就无法导通了。

至此，我们成功建构了一个好玩的东西，可以单向导通的元器件，也就是二极管。