摘要：本節首先讨論什麼是信号，模拟信号和數學信号的定義。然後介紹半導體相關的一些基礎知識。
基本概念
資訊：資訊創始者香農（Shannon）認為“資訊是用來消除随機不确定性的東西”，這一定義被人們看作是經典性定義并加以引用。控制論創始人維納（Norbert Wiener）認為“資訊是人們在适應外部世界，并使這種适應反作用于外部世界的過程中，同外部世界進行互相交換的内容和名稱”，它也被作為經典性定義加以引用。
消息：消息是資訊的形式和載體。
信号：消息需要借助某些實體量（如聲、光、電）的變化來表示和傳遞，信号是反映消息的實體量，是消息的表現形式。
電信号：電信号是指随時間而變化的電壓
或電流
，是以數學上可将它表示為時間
的函數，即
或
。并可畫出波形。電子電路中的信号均為電信号，以下簡稱信号。
模拟信号：在時間和數值上均具有連續性，即對應于任意時間
均有确定的函數值
或
，并且
或
的幅值是連續取值的。
數字信号：在時間和數值上均具有離散性，
或
的變化在時間上不連續。
模-數轉換A/D（Analog to Digtal）：将模拟信号轉為數字信号。
數-模轉換D/A（Digtal to Analog ）：将數字信号轉為模拟信号。
本征半導體
本征半導體：純淨的具有晶體結構的半導體。
晶格：晶體中的原子在空間形成的排列整齊的點陣。
共價鍵：相鄰的兩原子的一對最外層電子（即價電子）不但圍繞自身所屬的原子核運動，而且出現在相鄰原子所屬的軌道上，成為共用電子，這樣的組合稱為共價鍵結構。
空穴：價電子由于熱運動獲得足夠的能量，進而掙脫共價鍵的束縛變成自由電子。與此同時，在共價鍵中留下一個空位置，稱為空穴。
載流子：運載電荷的粒子稱為載流子。導體導電隻有一種載流子即自由電子導電。而本征半導體有兩種載流子，及自由電子和空穴均參與導電。
本征激發：半導體在熱激發下産生自由電子和空穴的現象。
複合：自由電子在運動的過程中如果與空穴相遇就會填補空穴，使兩者同時消失，這種現象稱為複合。
本征半導體載流子濃度：
，
和
分别表示自由電子和空穴的濃度（
）,
為熱力學溫度,
為玻爾茲曼常數
,
為熱力學零度時破話共價鍵所需要的能量，又稱禁帶寬度（矽為
,鍺為
）,
是與半導體材料載流子的有效品質、有效能級密度有關的常數（矽為
,鍺為
）。
雜質半導體
雜質半導體：通過擴散工藝，在本征半導體中摻入少量合适的雜質元素，便可得到雜質半導體。
N型半導體：在純淨的矽晶體中摻入五價元素（如磷），使之取代晶格中矽原子的位置，就形成了N型半導體。N型半導體中，自由電子的濃度大于空穴的濃度，固稱自由電子為多數載流子，空穴為少數載流子；前者簡稱為多子，後者為少子，由于雜質原子可以提供電子，故稱為施主原子。
P型半導體：在純淨的矽晶體中摻入三價元素（如硼），使之取代晶格中矽原子的位置，就形成了P型半導體。P型半導體中空穴為多子，自由電子為少子，因雜質原子中的空位吸收電子，故稱為受主原子。
PN結
PN結：采用不同的摻雜工藝，将P型半導體與N型半導體制作在同一塊矽片上，在它們的交界面就形成PN結。PN結具有單項導電性。
PN結的形成：
将下圖a的P型半導體和N型半導體采用一定的工藝措施緊密地結合在一起，由于N區電子濃度遠大于P區，P區的空穴濃度遠大于N區，是以N區的電子要穿過交界面向P區擴散，P區的空穴也要穿過交界面向N區擴散。擴散的結果，在交界面形成一個薄層區，在這薄層區内，N區的電子已跑到P區，N區留下了帶正電的離子，形成N區帶正電；P區的空穴已被電子填充，P區留下了帶負電的原子，形成P區帶負電。這薄層稱為空間電荷區，如下圖b所示。
這薄層的兩邊類似已充電的電容器，形成由N→P的内電場。空間電荷區内基本上已沒有載流子，故又稱為耗盡層，或稱PN結。它具有很高的電阻率。顯然這個内電場形成後将阻礙多數載流子的擴散運動；同時，内電場又使P區少數載流子電子向N運動；使N區少數載流子空穴向P區運動。這種少數載流子在内電場作用下的運動稱為漂移運動。
擴散運動和漂移運動是同時存在的一對沖突，開始形成空間電荷區時，多數載流子的擴散是沖突的主導，随着擴散運動的進行，空間電荷區即PN結不斷增寬，内電場增強，此時擴散運動減弱，而漂移運動越來越強，在一定溫度時，最終擴散、漂移運動達到動平衡，PN結處于相對穩定狀态，PN結之間再沒有定向電流。
PN結的單向導電性：
外加正向電壓：PN結導通（導電）：如下圖a所示，将電源E串聯電阻R後正極接于P區，負極接于N區，這時稱PN結外加正向電壓。在正向電壓作用下，PN結中的外電場和内電場方向相反，擴散運動和漂移運動的平衡被破壞，内電場被削弱，使空間電荷區變窄，多數載流子的擴散運動大大地超過了少數載流子的漂移運動，多數載流子很容易越過PN結，形成較大的正向電流，PN結呈現的電阻很小，因而處于導通狀态。串聯電阻是為了防止電流過大而可能燒毀PN結。
外加反向電壓，PN結截止（不導電）：上圖b中，将電源E的正極接于N區，負極接于P區，PN結外加反向電壓，或稱PN結反向接法。此時外電場和内電場方向一緻，内電場增強，使空間電荷區加寬，對多數載流子擴散運動的阻礙作用加強，多數載流子幾乎不運動，但是，增強了的内電場有利于少數載流子的漂移運動，由于少數載流子的數量很少，隻形成微小的反向電流，PN結呈現的反向電阻很大，是以處于截止狀态。反向電流對溫度非常敏感，溫度每升高8~10℃，少數載流子形成的反向電流将增大1倍。PN結正向連接配接時，PN結導通，正向電阻很小。PN結反向連接配接時，PN結截止，反向電阻極大。PN結特有的這種單向導電特性，正是各種半導體器件的基本工作原理。
PN結的電流方程：
由理論分析可知，PN結所加電壓
與流過他的電流
的關系為：
,式中
為反向飽和電流，
為電子的電量，
為玻爾茲曼常數，
為熱力學溫度。
PN結的伏安特性：
PN結的伏安特性曲線
上圖為PN結的伏安特性曲線，其中
的部分被稱為正向特性，
的部分被稱為反向特性。當反向電壓超過一定數值後，反向電流急劇增加，稱之為反向擊穿。擊穿按照機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。
齊納擊穿：在高摻雜的情況下，因耗盡層寬度很窄，不大的反向電壓就可在耗盡層形成很強的電場，而直接破壞共價鍵，是價電子脫離共價鍵束縛，産生電子-空穴對，緻使電流急劇增大，這種擊穿稱為齊納擊穿。齊納擊穿電壓較低。
雪崩擊穿：如果摻雜濃度較低，耗盡層寬度較寬，那麼低反向電壓下不會産生齊納擊穿。當反向電壓增加到較大數值時，耗盡層的電場使少子加快漂移速度，進而與共價鍵中的價電子相碰撞，把價電子撞出共價鍵，産生電子-空穴對。新産生的電子與空穴被電場加速後又撞出其他價電子，載流子雪崩式的倍增，導緻電流急劇增大，這種擊穿被稱為雪崩擊穿。
PN結的電容效應：
勢壘電容：當PN結外加電壓變化時，引起積累在勢壘區的空間電荷的變化，即耗盡層的電荷量随外加電壓而增多或減少，這種現象與電容器的充、放電過程相同。耗盡層寬窄變化所等效的電容稱為勢壘電容。
擴散電容：PN結擴散電容是來自于非平衡少數載流子（簡稱非平衡少子）在PN結兩邊的中性區内的電荷存儲所造成的電容效應（因為在中性擴散區記憶體儲有等量的非平衡電子和非平衡空穴的電荷，它們的數量受到結電壓控制）。這種由于注入載流子存儲電荷随着電 壓變化所産生的擴散電容将随正向電壓而按指數式增大。
參考連結
- 《模拟電子技術基礎》（第五版）高等教育出版社
- http://m.elecfans.com/article/577144.html
- https://zhidao.baidu.com/question/208484367.html
- http://blog.sciencenet.cn/blog-729147-1033899.html
- https://baike.baidu.com/item/%E4%BF%A1%E6%81%AF/111163?fr=aladdin