当前位置： 绝缘体 >> 绝缘体前景 >> 从微观角度带你了解半导体二极管
这篇内容从比较微观的角度介绍一种电子元件：半导体二极管。这种电子元件是组成电子电路的基础。
一，什么是半导体？
在了解什么是二极管之前先来看下半导体的相关内容。半导体是介于导体和绝缘体之间的一种物质，其导电能力也介于两者之间。半导体有一个核心的性质：可以人为的改变其导电性。硅和锗是常用的半导体材料。
半导体普遍具有晶体结构。晶体中原子之间存在着共价键，共价键的本质是原子之间的共用电子对，组成共价键的电子叫价电子。电子当然不会那么老实，实际上会有少数的价电子脱离共价键的束缚变成自由电子，与此同时，在共价键中会留下一个空位置，称为空穴。显然电子带负电，空穴带正电。这时候在半导体两端外加一电场，电子和空穴的定向运动就会形成电流。这就是半导体导电的基本原理。
空穴和自由电子和导体不同的是：半导体有两种粒子参与运输电荷（这种粒子称为载流子），即电子和空穴（导体里面只有电子一种粒子）
在半导体里面掺入杂质会出现什么情况呢？
在硅晶体中掺入杂质（如磷），磷是五价元素，外围有五个电子，所以一个磷原子在取代硅原子的同时会引入一个电子，多出来这这个电子不受共价键是束缚，很容易成为自由电子。这时的硅晶体里面自由电子浓度大于空穴浓度电子，主要靠自由电子导电，掺入杂质越多，自由电子浓度越高，导电能力越强。这种硅晶体叫N型半导体(N为Negative的开头，电子带负电，由此得名）。
那么掺入三价元素会怎么样呢？在晶体硅里面掺入杂质（三价元素），杂质原子外围有三个电子，一个杂质原子在取代硅原子的同时会引入一个“空位”，当其他价电子来填充这个“空位”的时候，就会形成一个空穴，杂质原子变成了不可移动的负离子。显然，这时候硅晶体里面空穴浓度大于自由电子浓度，主要靠空穴导电。和N型半导体一样，掺入杂质越多，导电能力越强。这种掺入三价杂质的硅晶体叫P型半导体（P是Positive的开头，空穴带正电，由此得名）。
在半导体里面掺入杂质会改变其导电能力。
二，什么是二极管？
将PN结用外壳封装起来，再加上电极引线就构成了半导体二极管，简称二极管。二极管的核心就是一个PN结。
将P型半导体和N型半导体制作在同一块硅片上，它们的交界处就会形成PN结。
来看一下PN结具体是怎么形成的。P型半导体的载流子多数是空穴，N型半导体的载流子多数是自由电子，在P区和N区的交界面，两种载流子的浓度差很大，所以P区的空穴会向N区扩散，N区的自由电子也会向P区扩散，这时候空穴和自由电子会结合，交界面的空穴和自由电子浓度下降。由于自由电子和空穴的扩散运动和结合，原来的杂质原子不会显电中性，，即P区出现负离子区，N区出现正离子区，从而形成内电场。随着扩散运动的进行，中间的空间电荷区变宽，内电场增强，内电场的方向会阻止扩散运动的进行。而在内电场力的作用下，自由电子从P区向N区移动，空穴从N区向P区移动（这种载流子的运动称为漂移运动）。显然，漂移运动和自由扩散的方向是相反的。当这两种载流子运动达到动态平衡时，就会形成PN结。
PN结的形成过程（图1）PN结形成后，再稍微用外壳封装一下就得到了二极管。
三，二极管为什么会单向导通？
二极管（也就是PN结）具有单向导电性。在二极管两端外加电压会破坏PN结的平衡状态，外加电压极性不同，PN结的导电性能会截然不同。
当电源正极接PN结的P端，负极接PN结的N端（这种接法叫正向偏置）。这时候在外电场的作用下，扩散运动会源源不断的进行，而漂移运动则会受到外电场的抑制。最终的结果就是空间电荷区变窄，内电场变弱，平衡被破坏。
PN结正向偏置时导通外接电源正向偏置会产生一些结果：内电场变弱，扩散运动加剧，漂移运动减弱。扩散运动的进行形成正向电流，这时候PN结导通。
当PN结反向偏置的时候会得到另一种结果。反向偏置的时候外接电场的方向和PN结内电场的方向是一样的，这就导致了漂移运动加剧，扩散运动减弱，中间的空间电荷区变宽。漂移运动的加剧会形成漂移电流，在P区里面自由电子数目极少，这N区空穴数目也极少，所以形成的漂移电流可以忽略不记。这时候PN结反向偏置就会表现出反向截至的特性。
PN结反向偏置时截至这就是二极管单向导通的原理。当然反向截至也不是绝对的，当反向电压超过一定数值时二极管也会被击穿。
