PN結單向導電原理解析及PN結為什么可以單向導電

PN結是什么？

PN結采用不同的摻雜工藝，通過(guò)擴散作用，將P型半導體與N型半導體制作在同一塊半導體（通常是硅或鍺）基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區稱(chēng)為PN結（英語(yǔ)：PN junction）。PN結具有單向導電性，是電子技術(shù)中許多器件所利用的特性，例如半導體二極管、雙極性晶體管的物質(zhì)基礎。

PN結,二極管

二極管為什么只能單向導電？

在二極管的正向端（正極）加正電壓，負向端（負極）加負電壓，二極管導通，有電流流過(guò)二極管。在二極管的正向端（正極）加負電壓，負向端（負極）加正電壓，二極管截止，沒(méi)有電流流過(guò)二極管。這就是所說(shuō)的二極管的單向導通特性。下面解釋為什么二極管會(huì )單向導通。

二極管是由PN結組成的，即P型半導體和N型半導體，因此PN結的特性導致了二極管的單向導電特性。PN結如下圖所示：

PN結,二極管

在P型和N型半導體的交界面附近，由于N區的自由電子濃度大，于是帶負電荷的自由電子會(huì )由N區向電子濃度低的P區擴散，擴散的結果使PN結中靠P區一側帶負電，靠N區一側帶正電，形成由N區指向P區的電場(chǎng)。diangon.com即PN結內電場(chǎng)。內電場(chǎng)將阻礙多數載流子的繼續擴散，又稱(chēng)為阻檔層。

PN結為什么可以單向導電？

二極管的單向導電特性用途很廣，到底是什么原因讓電子如此聽(tīng)話(huà)呢？它的微觀(guān)機理是什么呢？這里簡(jiǎn)單形象介紹一下：

假設有一塊P型半導體（用黃色代表空穴多）和一塊N型半導體（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1所示。

PN結,二極管

把它們結合在一起，就形成PN結。邊界處N型半導體的電子自然就會(huì )跑去P型區填補空穴，留下失去電子而顯正電的原子。相應P型區邊界的原子由于得到電子而顯負電，于是就在邊界形成一個(gè)空間電荷區。為什么叫“空間電荷區”？是因為這些電荷是微觀(guān)空間內無(wú)法移動(dòng)的原子構成的。

空間電荷區形成一個(gè)內建電場(chǎng)，電場(chǎng)方向由N到P，這個(gè)電場(chǎng)阻止了后面的電子繼續過(guò)來(lái)填補空穴，因為這時(shí)P型區的負空間電荷是排斥電子的。電子和空穴的結合會(huì )越來(lái)越慢，最后達到平衡，相當于載流子耗盡了，所以空間電荷區也叫耗盡層。這時(shí)PN結整體還呈電中性，因為空間電荷有正有負互相抵消。如圖2所示。

PN結,二極管