二極管及其應用

1、半導體基礎知識

（1）純凈的具有晶體結構的半導體稱為本征半導體，常用的半導體材料有硅（Si）和鍺（Ge），它們均為四價元素，在形成晶體結構的半導體中，人為的摻入特定的雜質元素時，導線性能具有可控性，并且在光照和熱輻射條件下，其導電性具有明顯的變化。

（2）本征半導體中具有兩種載流子，一個是空穴（原子由于失去一個電子形成的空穴，此時原子帶正電荷），另一個是自由電子，自由電子和空軍均參與導電，這是半導體導電的特殊性質。

（3）本征半導體中的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的，這樣，在本征半導體兩端外加一個電場，則自由電子產生定向移動，從而形成電子電流（注：電流的形成是電荷的定向移動），另一方面由于空穴的存在，價電子將按一定的方向依次填補空穴，即空穴也產生定向移動，形成空穴電流。

2、P型半導體

在純凈的硅當中摻入三價元素（比如硼），使之取代硅原子的位置，就形成了P型半導體，此時的原子外部有三個價電子，除了與周圍的硅原子形成共價鍵外，還多余了一個空穴。P型半導體中，由于電子濃度低于空穴濃度，故空穴稱為多數(shù)載流子（多子），自由電子稱為少數(shù)載流子（少子）。

3、N型半導體

在純凈的硅當中摻入五價元素（比如磷），使之取代硅原子的位置，就形成了N型半導體，此時的原子外部有五個價電子，除了與周圍的硅原子形成共價鍵外，還多余了一個電子。此時，在常溫下，由于熱激發(fā)，就可以使他們成為自由電子，N型半導體中，由于空穴濃度低于電子濃度，故自由電子成為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。

4、PN結

（1）由于采用了不同的摻雜工藝，將P型半導體和N型半導體制作在同一塊硅片上，在它們的交界處就形成了PN結，PN結一個重要的性質就是具有單向導電性。

（2）由于物質總是從濃度高的地方向濃度低的地方移動，這種運動稱為擴散運動，當將P型半導體和N型半導體制作在一起時，在兩者交界處，由于兩種載流子濃度差很大，故P區(qū)的空穴會向N區(qū)擴散，N區(qū)的電子也會向P區(qū)擴散，如圖1所示。

（3）隨著擴散到P區(qū)的自由電子和空穴復合，N區(qū)的空穴和自由電子復合，所以在交界處的多子濃度下降，P區(qū)出現(xiàn)負離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，這個區(qū)域成為空間電荷區(qū)（也稱為耗盡層），如圖2所示。

（4）當PN結外加正向電壓時，稱為正向偏置（正偏），此時外電場將多數(shù)載流子推向空間電荷區(qū)，使其變窄，削弱了內電場，使擴散運動加劇，從而形成正向電流，PN結導通，由于PN結導通時結壓降只有零點幾伏，因而設計的時候需要在回路中串聯(lián)一個電阻，防止PN結因正向電流過大而損壞。如圖3所示。

（5）當PN結外加反向電壓時，稱為反向偏置（反偏），此時外電場將空間電荷區(qū)變寬，加強了內電場，使擴散運動削弱，從而形成反向電流，由于反向電流很小，故可以近似認為PN結截止，如圖4所示。