圖文詳解二極管原理

一. 概述

小伙伴們，大家好！昨天和幾個朋友一起吃飯，聊天過程中說到了二極管，旁邊一妹子突然來了一句，二極管是啥，在做的幾位頓時語噻，支支吾吾：燈泡？LED？發(fā)光管？反正傻傻說不清楚，其中還有一位是學(xué)電子的，說起二極管，大家都想起這個吧。

發(fā)光二極管在我們生活中是比較常見的，比如說：商業(yè)的走字燈，交通燈，LED屏幕，LED燈泡等等。二極管是一種用鍺或者硅半導(dǎo)體材料做成的，半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能在常溫下介于導(dǎo)體和絕緣體之間，一百多年前就有這個東西了，是半導(dǎo)體器件家族中的元老了。

發(fā)光二極管只是二極管其中之一，還有許多不同用途的二極管：整流二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管、開關(guān)二極管等。整流二極管在我們生活中比較常見，都用在交流轉(zhuǎn)直流的電路中：手機(jī)充電器，電腦充電器，電動車充電器等等。

二. PN結(jié)

上面說到的那些二極管它們都有一個共同的性能，單向?qū)щ娦?，就是說電流只能從二極管的陽極進(jìn)去，負(fù)極出去，反過來就不行了。為什么呢？二極管中有個叫PN結(jié)的東西，就是它阻止了電流逆流。接下來小馬哥就給小伙伴們講講PN 結(jié)。

自然界中的物質(zhì)，按照不同的導(dǎo)電性能分為了導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體，半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。常用的半導(dǎo)體材料有四價硅和鍺（zhě）。什么是四價啊，就是最外層有四個電子。純凈的半導(dǎo)體又稱為本征半導(dǎo)體，其導(dǎo)電能力較差，不能直接用來制造半導(dǎo)體器件，在本征半導(dǎo)體一邊中用擴(kuò)散工藝摻入三價元素（硼），另一邊摻入五價元素（磷），就是把原來少量的硅原子或者鍺原子替代了。

三價元素（硼），最外層只有三個電子，然而硅和鍺有外層有四個電子，少了一個怎么辦呀？那就形成了空穴，這個就是P型半導(dǎo)體。于是，P型半導(dǎo)體就成為了含空穴濃度較高的半導(dǎo)體。

五價元素（磷）有五個電子，多一個怎么辦？多出的一個電子幾乎不受束縛，它就自由了，叫它自由電子，這個就是N型半導(dǎo)體。于是，N型半導(dǎo)體就成為了含電子濃度較高的半導(dǎo)體。

擴(kuò)散運動和漂移運動

P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合后，P區(qū)內(nèi)空穴和N區(qū)內(nèi)自由電子多稱為多子，P區(qū)內(nèi)自由電子和N區(qū)內(nèi)空穴幾乎為零稱為少子，在它們的交界處就出現(xiàn)了自由電子和空穴的濃度差。

由于P區(qū)的空穴濃度比N區(qū)高，空穴就往N區(qū)擴(kuò)散，而N區(qū)的自由電子濃度比P區(qū)高，自由電子往P區(qū)擴(kuò)散，就像一滴墨水滴在清水中，墨水本身濃度高，就往周圍擴(kuò)散，這就是擴(kuò)散運動，P區(qū)的空穴和N區(qū)的自由電子就可能相遇，然后復(fù)合。什么是復(fù)合啊，把空穴比作房子，房子里面要住人啊二極管導(dǎo)電原理，這時候自由電子就比作人了，然后他們就結(jié)合成一體了。

P區(qū)和N區(qū)里面的雜質(zhì)離子不能任意移動，為啥呀？因為雜質(zhì)離子被周圍的硅原子或者鍺原子束縛了。在P和N區(qū)交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)，多子已擴(kuò)散到對方并復(fù)合掉了，或者說消耗殆盡了。

P區(qū)和N區(qū)里面的雜質(zhì)離子相互作用，N區(qū)雜質(zhì)離子帶正電荷，P區(qū)雜質(zhì)離子帶負(fù)電荷，在空間電荷區(qū)形成了內(nèi)電場，擴(kuò)散運動的進(jìn)行使空間電荷區(qū)變寬二極管導(dǎo)電原理，內(nèi)電場也變強(qiáng)了。

這個內(nèi)電場一方面阻止了擴(kuò)散運動的進(jìn)行，擴(kuò)散就不容易進(jìn)行下去；另一方面使空穴（少子）從N區(qū)往P區(qū)漂移，自由電子從P區(qū)往N區(qū)漂移，這個漂移可不是汽車漂移，是受N區(qū)高電勢，P區(qū)低電勢的內(nèi)電場影響產(chǎn)生漂移，叫做少子漂移。

慢慢的空間電荷區(qū)就穩(wěn)定了?？偨Y(jié)來說多子運動叫做擴(kuò)散運動，少子運動就是漂移運動，當(dāng)兩種運動達(dá)到動態(tài)平衡就產(chǎn)生了PN結(jié)。在PN結(jié)加上相應(yīng)的電級引線和管殼，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管。由P區(qū)引出的電極成為了正極，由N區(qū)引出的電極成為了負(fù)極。

三. 導(dǎo)通和截止

當(dāng)PN結(jié)加正向?qū)妷壕褪前裀區(qū)引腳加電源正極，N區(qū)引腳連接電源負(fù)極。電流方向由P區(qū)流向N區(qū)和PN 結(jié)內(nèi)部的內(nèi)電場相反，當(dāng)電壓大于內(nèi)電場電壓時，外部的電源抵消了其內(nèi)電場。