二極管是由 PN 結(jié)組成的，即 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體，因此 PN 結(jié)的特性導(dǎo)致了二極管的單向?qū)щ娞匦浴?PN 結(jié)如圖 1 所示。

圖 1 ：PN 結(jié)示意圖

在 P 型和 N 型半導(dǎo)體的交界面附近，由于 N 區(qū)的自由電子濃度大，于是帶負(fù)電荷的自由電子會由 N 區(qū)向電子濃度低的 P 區(qū)擴散； 擴散的結(jié)果使 PN 結(jié)中靠 P 區(qū)一側(cè)帶負(fù)電，靠 N 區(qū)一側(cè)帶正電，形成由 N 區(qū)指向 P 區(qū)的電場，即 PN 結(jié)內(nèi)電場。 內(nèi)電場將阻礙多數(shù)載流子的繼續(xù)擴散，又稱為阻擋層。

PN 結(jié)詳解

二極管的單向?qū)щ娞匦杂猛竞軓V，到底是什么原因讓電子如此聽話呢？ 它的微觀機理是什么呢？ 這里簡單形象介紹一下。

假設(shè)有一塊 P 型半導(dǎo)體（用黃色代表空穴多）和一塊 N 型半導(dǎo)體（用綠色代表電子多），它們自然狀態(tài)下分別都是電中性的，即不帶電。 如圖 2 所示。

圖 2 ：P 型和 N 型半導(dǎo)體

把它們結(jié)合在一起，就形成 PN 結(jié)。 邊界處 N 型半導(dǎo)體的電子自然就會跑去 P 型區(qū)填補空穴，留下失去電子而顯正電的原子。 相應(yīng) P 型區(qū)邊界的原子由于得到電子而顯負(fù)電，于是就在邊界形成一個空間電荷區(qū)。 為什么叫“空間電荷區(qū)”？ 是因為這些電荷是微觀空間內(nèi)無法移動的原子構(gòu)成的。

空間電荷區(qū)形成一個內(nèi)建電場，電場方向由 N 到 P，這個電場阻止了后面的電子繼續(xù)過來填補空穴，因為這時 P 型區(qū)的負(fù)空間電荷是排斥電子的。 電子和空穴的結(jié)合會越來越慢，最后達(dá)到平衡，相當(dāng)于載流子耗盡了，所以空間電荷區(qū)也叫耗盡層。 這時 PN 結(jié)整體還呈電中性，因為空間電荷有正有負(fù)互相抵消。 如圖 3 所示。

圖 3 ：PN 結(jié)形成內(nèi)建電場

外加正向電壓，電場方向由正到負(fù)，與內(nèi)建電場相反，削弱了內(nèi)建電場，所以二極管容易導(dǎo)通。 綠色箭頭表示電子流動方向，與電流定義的方向相反。 如圖 4 所示。

圖 4 ：正向?qū)顟B(tài)

外加反向電壓，電場方向與內(nèi)建電場相同，增強了內(nèi)建電場，所以二極管不容易導(dǎo)通。 如圖 5 所示。 當(dāng)然，不導(dǎo)通也不是絕對的，一般會有很小的漏電流。 隨著反向電壓如果繼續(xù)增大，可能造成二極管擊穿而急劇漏電。

圖 5 ：反向不導(dǎo)通狀態(tài)

圖 6 是二極管的電流電壓曲線供參考。

圖 6 ：二極管電流電壓曲線

圖 7 形象的展示了不同方向二極管為什么能導(dǎo)通和不能導(dǎo)通，方便理解。

圖 7 ：不同方向?qū)ㄐЧ煌?/p>

生活中單向?qū)ǖ睦右膊簧伲热绲罔F進(jìn)站口的單向閘機，也相當(dāng)于二極管的效果：正向?qū)ǎ聪虿粚?dǎo)通，如果硬要反向通過，可能就會因為太大力“反向擊穿”破壞閘機了。

審核編輯：湯梓紅