从零理解半导体

从晶体与能带出发，建立电子/空穴、本征与掺杂的基本图像，再用漂移、扩散、复合和连续性方程解释载流子如何形成真实电流。

1. 1晶体结构入门用周期晶格与原子基元描述半导体原子在三维空间中的排列、取向和局部成键。
2. 2能带基础晶格周期势中电子允许能量 E 随波矢 k 形成的分支集合。
3. 3电子与空穴入门导带中未被束缚的电子与近满价带中缺失电子形成的空穴，是半导体电荷与能量输运的两类准粒子。
4. 4本征半导体基础没有有效外来掺杂主导导电、热平衡电子与空穴成对产生且浓度相等的半导体状态。
5. 5载流子浓度基础单位体积内可参与输运的导带电子数 n 或价带空穴数 p，由态密度、占据概率和电中性共同决定。
6. 6掺杂基础把特定杂质置入半导体并使其电活化，以可控改变费米能级、平衡载流子浓度和空间电荷。
7. 7迁移率基础迁移率是载流子低场平均漂移速度对电场的响应系数，把能带有效质量和各种散射压缩为一个输运参数。
8. 8漂移基础电场使随机热运动出现非零平均速度，电子与空穴因此形成可测的定向电流。
9. 9扩散基础随机热运动在浓度不均匀时不再相互抵消，产生从高浓度区指向低浓度区的净粒子通量。
10. 10复合与产生基础产生把电子—空穴对加入可输运能态，复合将其移除；两者的净差决定非平衡载流子怎样恢复、积累或被持续维持。
11. 11连续性方程进阶连续性方程把局部载流子数的变化写成流入流出、外部产生和内部复合的严格守恒关系。

先由 PN 结的内建势进入耗尽区和二极管 I–V，再把空间电荷与势垒图像迁移到 MOS 电容、阈值和 MOSFET 栅控沟道。

1. 12PN 结基础PN 结是同一半导体中 p 型与 n 型区域形成的空间掺杂过渡，其内建场把浓度梯度转化为可受外部偏压调制的势垒。
2. 13耗尽层基础耗尽区是 PN 结附近自由多数载流子显著减少、固定离化杂质形成净空间电荷并支撑结电场的区域。
3. 14二极管入门PN 二极管是把半导体结、欧姆接触和受控电流路径封装为两端非线性器件，其整流来自偏压对势垒与少数载流子注入的非对称调制。
4. 15MOS 电容基础MOS 电容是栅极—绝缘层—半导体叠层形成的场效应端口，栅压通过氧化层电场连续重排半导体表面的电势与载流子。
5. 16阈值电压基础阈值电压是 MOS 表面达到规定强反型条件时的栅电压判据，它汇总平带偏移、表面势和最大耗尽电荷三部分电压预算。
6. 17MOSFET基础用栅压控制沟道导电的场效应晶体管。

互补的 NMOS/PMOS 组成 CMOS 反相器，跨入数字电路最小单元。

1. 18NMOS 与 PMOS基础以电子或空穴形成反型沟道、在极性和体区连接上互补的两类四端MOSFET。
2. 19CMOS 反相器基础用PMOS上拉与NMOS下拉把输入电平反相，并建立数字电路摆幅、噪声、延迟和功耗的最小完整模型。