那是1947年的一個冬天，貝爾實驗室的三位科學(xué)家發(fā)明了三極管，改變了世界，推動了全球的半導(dǎo)體電子工業(yè)。于是10年后又一個冬天，哥仨一起獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。然而這三極管可不是被憑空發(fā)明出來的，從結(jié)構(gòu)上看，她是由兩個二極管組成，絕逼二極管“干兒子”。今天電子產(chǎn)品世界小編為您帶來 “干爹”二極管的傳奇故事。

本文引用地址： 1 二極管工作原理：二極管=PN結(jié)+馬甲兒

在半導(dǎo)體性能被發(fā)現(xiàn)后，二極管成為了世界上第一種半導(dǎo)體器件，目前最常見的結(jié)構(gòu)是，在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管，甚至可以說二極管實際上就是由一個PN結(jié)構(gòu)成的，因此二極管工作原理約等于PN的工作原理，小編從源頭講講二極管(PN結(jié))到底是怎么來的?

1.1 二極管工作原理：二極管PN節(jié)的好哥倆：P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體

我們一般根據(jù)導(dǎo)電能力(電阻率)的不同將物體來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。更通俗地講，完全純凈的、不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。主要常見代表有硅、鍺這兩種元素的單晶體結(jié)構(gòu)。但實際半導(dǎo)體不能絕對的純凈，這類半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體

如果我們在純硅中摻入少許的硼(最外層有3個電子)，就反而少了1個電子，而形成一個空穴，這樣就形成P型半導(dǎo)體(少了1個帶負電荷的原子，可視為多了1個正電荷)。因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。

圖1.P型半導(dǎo)體的共價結(jié)構(gòu)

在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成;自由電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。

N型半導(dǎo)體

如果在純硅中摻雜少許的砷或磷(最外層有5個電子)，就會多出1個自由電子，這樣就形成N型半導(dǎo)體，因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子，如圖1所示。

圖2. N型半導(dǎo)體的共價結(jié)構(gòu)

在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供;空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。

1.2 PN結(jié)=P∩N(注：“∩”交集)

在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導(dǎo)體另一邊形成P型半導(dǎo)體后，兩種半導(dǎo)體的交界面附近的區(qū)域為PN結(jié)，如圖3所示。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。

圖3.PN結(jié)原理圖

PN結(jié)的每端都帶電子，這樣排列使電流只能從一個方向流動。當(dāng)沒有電壓通過二極管時，電子就沿著過渡層之間的匯合處從N型半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體，從而形成一個耗盡區(qū)。在損耗區(qū)中，半導(dǎo)體物質(zhì)會回復(fù)到它原來的絕緣狀態(tài)--所有的這些“電子空穴”都會被填滿，所以就沒有自由電子，也就沒有電流流動。

2 二極管工作原理：二極管PN節(jié)的單向?qū)щ娞匦?--最最最最最重要!

2.1二極管小實驗

在電子電路中，將二極管的正極(P區(qū))接在高電位端，負極(N區(qū))接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式稱為正向偏置。必須說明，當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達到某一數(shù)值(這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V)以后，二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變(鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V)，稱為二極管的“正向壓降”。

將二極管的正極(P區(qū))接在低電位端，負極(N區(qū))接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?，此時二極管被擊穿,這就是二極管的反向擊穿特性，將在下一節(jié)介紹。