能带Energy band

能带理论是用量子力学的方法研究固体内部电子运动的理论。
能带理论的作用：说明了导体与绝缘体、半导体的区别所在；解释了晶体中电子的平均自由程问题。
根据电子填充的情况，能带分为传导带（简称导带，少量电子填充）和价电带（简称价带，大量电子填充）。导带和价带间的空隙称为禁带（电子无法填充）。

导体：禁带很小；半导体：禁带 < 3 eV；绝缘体：禁带 > 3 eV。
材料的导电性是由导带中含有的电子数量决定。
对于导体，其禁带很小，价带中的电子很容易获得能量而跳跃至导带而使导体导电。

能级Energy Level

能级理论是一种解释原子核外电子运动轨道的理论。
1、电子只能在特定的、分立的轨道上运动，各个轨道上的电子具有分立的能量，这些能量值即为能级。
2、距原子核越远的电子越不受束缚，因此其能级越高，该电子具有越多的电子能量。
3、电子吸收能量可以从低能级跃迁到高能级或者从高能级跃迁到低能级从而辐射出光子。

半导体Semiconductor

半导体是一种电导率在绝缘体至导体之间的材料。
半导体的电导率随温度升高而上升；在绝对零度时，成为绝缘体。
依据有无加入掺杂剂，半导体可分为：本征半导体、杂质半导体（n型半导体、p型半导体）。

电导率容易受控制的半导体，可作为信息处理的器件材料。
常见的半导体材料有：第一代的硅、锗，第二代的砷化镓、磷化铟，第三代的氮化镓、碳化硅等。

半导体通过电子传导或空穴传导的方式传输电流。（电子、空穴称为载流子）
载流子的移动：在外加电场的情况下做漂移运动；由浓度高向浓度低的地方做扩散移动。

pn结（pn junction）

纯硅中掺杂少许的砷或磷，就会多出1个自由电子，这样就形成n型半导体；纯硅中掺入少许的硼，就反而少了1个电子，形成一个空穴，这样就形成p型半导体。

pn结：一块半导体晶体一侧掺杂成p型半导体，另一侧掺杂成n型半导体，中间二者相连的接触面间有一个过渡层，称为pn结，pn结是一个有宽度的内电场。
pn结是二极管、三极管的物质基础。

p型、n型半导体由于分别含有较高浓度的空穴和自由电子，存在浓度梯度，所以二者之间将产生扩散运动。
载流子经过扩散的过程后，扩散的自由电子和空穴相互结合，使得原有的n型半导体的自由电子浓度减少，同时原有p型半导体的空穴浓度也减少。在两种半导体中间位置形成一个由n型半导体指向p型半导体的电场，称为内电场。
内电场与载流子的扩散过程相反，阻碍进一步扩散。

若施加在p区的电压高于n区的电压，称为正向偏置，内电场宽度减小。
若施加在p区的电压低于n区的电压，称为反向偏置，内电场宽度增大。
内电场相当于电阻，内电场越宽阻值越大，因此正向偏置时，半导体（一半p型与一半n型）成为导体；反向偏置时，半导体（一半p型与一半n型）成为绝缘体。

二极管diode

二极管在一个方向为低电阻（理想情况下是零），而在另一个方向为高电阻。
作用：单向导电。

二极管分为：PN型二极管、PIN型二极管。
PIN型比PN型多了I型半导体，I型半导体为低掺杂的P型半导体或低掺杂的N型半导体。
PIN型比PN型的内电场更宽。

二极管应用：
1、桥式整流电路（交变直）
2、光电二极管（光变电）
3、发光二极管（电变光）
4、稳压二极管（电压不变）
5、续流二极管（是一种配合电感性负载使用的二极管，当电感性负载的电流有突然的变化或减少时，电感两端会产生突变电压，可能会破坏其他元件。续流二极管使电感两端电流稳定变化）
6、开关（导通变为截至，截至变为导通）
7、检波二极管（检波：把叠加在高频载波上的低频信号检出来）

光电二极管photodiode：将光转化为电。
常见的传统太阳能电池就是通过大面积的光电二极管来产生电能。
一个光电二极管的基础结构通常是一个PN结或者PIN结构。
光子冲击到二极管上，它将激发一个电子，从而产生自由电子与空穴。如果光子的吸收发生在内电场，则产生的空穴能够向着阳极的方向运动，电子向着阴极的方向运动，于是光电流就产生了。

三极管Triode

按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管。
作用：放大电流、开关。

三极管与二极管的异同：两者都是半导体（锗管或硅管），二极管结构为PN，三极管结构为PNP或NPN，前者有一个PN结，后者有两个PN结，前者用于单向导电，后者用于电流放大。
两个N型或P型半导体是不能调换的，掺杂程度不同。

【三极管的工作原理】https://www.bilibili.com/video/BV1K8411L79r?vd_source=4379c2496139e37d7207eeb20ccc1e38
NPN型三极管

给E区与B区施加正向电压
E区与B区的PN结会变窄
E区的电子移向B区，形成电流$I_b$与$I_e$

给E区与C区施加正向电压
B区与C区的PN结会变宽
E区的电子移向B区，一部分与B区的空穴结合，一部分移到C区，形成电流$I_c$。

$I_e=I_c+I_b$
$I_c=\beta I_b,I_c>>I_b$
集电极电流受基极电流控制，$I_b$的极小变化会引起$I_c$的极大变化。
信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地，输入的小信号会输出为大信号。

CMOS与CCD传感器

CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor
CCD：Charge-Coupled Device
作用：将光转化为电
两者都利用了光电二极管，区别在于前者并行读取每个像素点的电信号，后者串行读取每个像素点的电信号。