從零開始學電子之基礎篇

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那么讓我們從微觀的視角上來觀察一下“純凈硅”吧。

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這個是一個硅原子的結構示意圖。
我呢來說明一下哦。
中間的那個紅色的球呢，代表“硅原子核”。它上面的“+14”代表硅原子核中有14個正電荷，那么不難想象了，核外必然有14個負電荷，即有14個核外電子。
那么這個14個電子（負電荷）呢，是分三層圍繞著原子核運動的。其中最內層有2個電子，第二層有8個電子。第三層呢有14-2-8=4個電子。
第一層和第二層的電子都排滿了，但是第三層的電子并沒有排滿。
參與導電的呢，主要是最外層（也就是第三層）的電子。
在原子中，最外層的電子叫做“價電子”，一個原子有幾個價電子就稱為“幾價元素”，所以呢，硅是四價元素。

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“當把硅、鍺等半導體材料制成單晶體時，其中原子的排列就由雜亂無章的狀態變成了非常整齊的狀態。其中，原子之間的距離都是相等的，大約為2.35*10^-4 微米。每個原子最外層的四個電子，不僅受到自身原子核的束縛，而且還與周圍相鄰的四個原子發生聯系——每兩個相鄰原子之間共有一對電子。電子對中間任何一個電子，一方面圍繞著自身的原子核運動，另一方面也時常出現在相鄰的原子所屬的軌道上，這樣的組合叫做共價鍵結構。”
——摘自《數字電子技術基礎》 清華大學電子教研室 編

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上面的這段話中有些概念大家可能還不是很清楚哦。
反正呢我們的學習也沒有什么時間的限制，也不是誰在教誰什么。呵呵
大家是在一起學習，一起進步，那么我們就多學點知識吧。呵呵

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說明：以下參考了《半導體物理基礎》 鄭福潔 吳士忠 主編

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“固體物理學是研究固體結構及其組成粒子之間相互作用與運動規律的科學。固體可以分為晶體和非晶體兩大類。晶體是由原子（或離子、分子等）按一定的規律周期排列而成的；非晶體的原子排列則沒有明確的周期性。現在固體物理學的研究對象主要是晶體。”
“晶體是由原子、離子或分子有規律地排列而成的，它具有一定規則的幾何形狀和對稱性，其外形的對稱性是內在結構規律性的反映。晶體的基本特征是晶體結構的周期性。也就是說，晶體中的原子的排列完全是有規則、有秩序的，并且按照一定的方式不斷地作周期性的重復。半導體中的鍺、硅、砷化鎵等材料都是晶體。”
“如果在整塊晶體中其長距離的有序性保持不變，該晶體稱為單晶體。用人工方法拉制的鍺、硅晶體就是單晶體。單晶體具有完整可重復的結構，這就使得它的物理性能，尤其是電學性能具有特殊的優越性。”

——摘自《半導體物理基礎》 鄭福潔 吳士忠 主編

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“定義：帶有電荷的原子或分子，或組合在一起的原子或分子團。帶正電荷的離子稱“正離子”，帶負電荷的離子稱“負離子”。”
——摘自 百度百科

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我對“離子”理解是：
大家知道“原子是帶有電荷的”，那么按照上述對于“離子”的定義，豈不是所有原子都是離子了？呵呵
“帶有電荷的原子或分子”這句話應該理解為“帶有凈電荷的原子或分子”。
我們舉一個例子，如上所述的一個硅原子中含有14個正電荷與14個負電荷（或14個電子）。正電荷呢是分布在原子核中的，負電荷分布在原子核周圍不同的軌道空間，并且圍繞著核做旋轉運動。那么我們從“原子的局域”即一個原子的尺度來看，在正常的狀態時，一個原子中共有14個正電荷與14個負電荷，正電荷與負電荷的總數即二者之和等于零（這個在以上的帖子中說過）。那么在這種情況下，一個原子就是一個原子而不是“離子”了。因為在原子的局域內（或原子的尺度內），正、負電荷是平衡的（即它們是等量異性的）。或者說，在這種電荷平衡的狀態下，原子對外界是不顯現電性的。或者我們說，這種情況下原子中沒有“凈電荷”。那么假如原子的最外層電子即價電子中，由于某種原因有一個價電子跑到原子局域以外去了，那么這個時候從原子局域來看，電荷平衡被破壞，由于原子中少了一個電子（帶有一個負電荷），那么總電荷數量就變成了+14+（-13）=+1（+號代表正電荷），那么這個時候原子就會對外界顯現電性了（如同一個正電荷激發的電場）。同理，如果一個非自身原子的價電子跑到了該原子的最外層軌道，那么整個原子局域內就出現凈的負電荷，即總電荷數為+14+（-15）=-1（負號代表負電荷），這個時候原子同樣會顯現電性了（如同一個負電荷激發的電場）。如果一個原子局域中出現了“凈電荷”，那么它就是一個“離子”了，或者稱為“帶有電荷的原子”。
那么“分子”呢，它是由若個原子構成的局域。區分它是“一般的分子”還是“帶電的分子”，同樣要看在分子局域中有沒有“凈電荷”。如果有，那么它就是一個“離子”；如果沒有，那么它就是一個“分子”。
以上個人觀點，僅供參考。呵呵

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今天就到這里，祝大家晚安。

忽悠八你

老八，你怎么了啊？
今夜你會不會來？
你的溫柔還在不在？
……

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大家早安。
我們趁著早晨的時間，在學一會啊。呵呵
俗話說“一年之際在于春，一天之際在于晨”。
俗話說“早睡早起身體棒”。
當然，俗話還說“不要暴飲暴食，要勤剪指甲，勤洗澡……”

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我在這里呢介紹一個經驗，希望能對大家有所幫助。
什么經驗呢？
那就是：“如果明明知道可能存在的危險因素而不去排除這個危險因素，心存一種僥幸心理認為那種危險不可能發生的，那么該危險發生的概率可能是1/100或1/1000。也就是說，100次（或者是1000次，或者更多次）中該危險必然會成為現實的危害。”

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所以我們不能心存“僥幸心理”，對于明明知道的潛在的不安全因素，我們要立即將其排除，使危險發生的“概率”降低至零。
這對于用電安全來說，是很重要的。
無論對于人身安全，還是設備安全這都是很重要的。

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OK，我們繼續半導體（硅）導電機理的學習。

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在以上的帖子中呢，我們已經介紹過一個“硅原子” 的結構了。
當然，那個“硅原子”也只是一個簡略的模型。
但是，為了說明問題呢，我們還要把這個硅原子模型繼續簡略。

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大家請看，簡略后的硅原子模型就成了這個樣子了。呵呵
我來說明一下咯：
大家知道，一個原子中最外層電子稱為“價電子”。一般參與導電的是價電子（原子中最外層的電子），而原子內層的電子一般是不參與導電的。這樣呢為了說明主要問題，即硅導電的機理，我們就可以忽略內層電子在其導電中的作用，而把硅原子看做是一個由帶有4個正電荷的原子核以及4個負電荷（電子）組成的簡化系統。

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那么在由大量的硅原子組成的“硅材料（單晶硅）”中，原子是怎樣的呢？

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大家請看，這個是硅材料（單晶硅）原子排列的示意圖。
大家可以發現硅原子之間的“共價鍵結構”。
關于共價鍵結構，我們在以上的帖子中已經說過了。這種共價鍵結構主要的特點是：每一個原子中的價電子（最外層電子）不僅僅屬于自身的原子，而且還屬于相鄰的原子。

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好的，我們下面對“共價鍵”結構做一下更深入的認識。

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“對于硅、鍺、金剛石這類晶體，它們都是由同一種原子組成的。它們的價電子（注：原子中最外層的電子），不可能從一個原子轉移到另一個原子，而是兩個原子之間共有一對價電子。它們的電子云在原子之間相互重疊而具有較高的密度，于是帶正電的原子實（注：即原子核）與集中在原子間的帶負電的電子云互相吸引，從而把原子結合成晶體。這種依靠共有價電子對而使原子相互結合的力的作用稱為共價鍵。”
摘自《半導體物理基礎》 鄭福潔 吳士忠 主編