二极管的基础知识

二极管是很常见的电子元器件，有两个极，即阴极和阳极，二极管具有单向导电性，电流只能从阳极流向阴极，电压反向时二极管截止。几乎所有电子电路中都能找到二极管的身影。

1、材质

1)硅单质

硅原子核外有14个电子，其中最外层有4个电子，在硅单质中，原子和原子之间互相借用电子形成一种稳定的结构。没有多余的自由电子，这种稳定结构是不导电的。这里为了便于理解画成了平面图形，如下图所示：

2)P(positive)型半导体

把硼等3价元素作为杂质参入硅单质中，这种混合体就叫P型半导体，硼原子最外层有3个电子，和硅原子混合后，会有“空穴”产生，空穴能够承载电子，这种空穴被称作载流子，因此这种P型半导体是能够导电的。由于制作工艺、纯净度等因素，在P型半导体中也存在少量自由电子，因此在P型半导体中空穴称为多子，自由电子称为少子。注意一点，P型半导体整体不带电，呈电中性。如下图所示。

3)N(negative)型半导体

把磷等5价元素作为杂质参入硅单质中，这种混合体就叫N型半导体，磷原子最外层有5个电子，和硅原子混合后，会有多余的自由电子剩余，多余的自由电子也被称作载流子，因此这种N型半导体也是能够导电的。由于制作工艺、纯净度等因素，在N型半导体中也存在少量空穴，因此在N型半导体中自由电子称为多子，空穴称为少子。注意一点，N型半导体整体不带电，呈电中性。如下图所示：

单独的P型半导体或N型半导体都是不带电的，不少人认为P型带正电，N型带负电，这是错误说法，不管是P型还是N型，都是有两种元素混合到一起的，这两种元素都是电中性，混合到一起就不是了?

2、载流子运动方式

载流子有两种运动方式：

扩散：载流子会从高浓度区域向低浓度区域扩散。

漂移：载流子在电场的作用下移动。

载流子包括空穴和电子，实际上扩散和漂移是指的电子，而并非空穴，电子移动到新位置后，新位置从电中性变为带负电，而电子原来的位置因为电子离开形成带正电的“空穴”， “看起来”空穴在移动。

3、二极管构成(PN结)

为了便于理解，简化了示意图，左侧是P型半导体，含有大量空穴以及极少自由电子，右侧N型半导体，含有大量自由电子以及极少空穴。

将N型半导体和P型半导体制作在同一块硅片上就形成了二极管，如下图，N型半导体自由电子浓度大，逐渐向P型半导体扩散，与P型半导体中的空穴复合。“看起来”像空穴移动到了N型半导体一侧。N型半导体因丢失电子而带正电，P型半导体因得到电子而带负电。两侧带电极性相反，从而建立电场，电场方向由N指向P。电场的建立会使扩散到P区电子返回N区，这就是漂移运动。在这里扩散和漂移是相反的运动，最终达到动态平衡。产生电场的区域叫做空间电荷区，又叫做耗尽区，也就是经常说的PN结(PN junction)。

4、二极管正向导通

给二极管施加正向电压，正向电压形成的外部电场和内电场方向相反，内部电场受到外部电场“挤压”，削弱了内部电场，促进了自由电子向P区扩散，也就是说自由电子更容易从N区进入P区，进入P区后N区剩下的空穴由电源提供的自由电子填充，同时扩散到P区的自由电子被电源“吸”出来，留下空穴。就这样形成电流，二极管实现正向导通。

5、二极管反向截止

给二极管施加反向电压，反向电压形成的外部电场和和内部电场方向相同，N区域自由电子被电源拉向电源正极，P区的空穴被电源负极输出的电子填充，内部电场得到加强，漂移运动加强，空间电荷区变宽。P区空间电荷区中的空穴几乎都被填满，空穴失去载流功能，只有数量极少的自由电子，被电场加速进入N区，自由电子原来的位置被电源输出的电子填充，行成极小反向漏电流。