二極體PN接面單向導電原理

二極體是電子電路中很常用的元器件，非常常見，二極體具有正向導通，反向截止的特性。

在二極體的正向端（正極）加正電壓，負向端（負極）加負電壓，二極體導通，有電流流過二極體。在二極體的正向端（正極）加負電壓，負向端（負極）加正電壓，二極體截止，沒有電流流過二極體。這就是所說的二極體的單向導通特性。下面解釋為什麼二極體會單向導通。

1、二極體為什麼只能單向導電？

二極體是由PN接面組成的，即P型半導體和N型半導體，因此PN接面的特性導致了二極體的單向導電特性。PN接面如下圖所示：

在P型和N型半導體的交介面附近，由於N區的自由電子濃度大，於是帶負電荷的自由電子會由N區向電子濃度低的P區擴散，擴散的結果使PN接面中靠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。diangon。com即PN接面內電場。內電場將阻礙多數載流子的繼續擴散，又稱為阻檔層。

2、PN接面為什麼可以單向導電？

二極體的單向導電特性用途很廣，到底是什麼原因讓電子如此聽話呢？它的微觀機理是什麼呢？這裡簡單形象介紹一下：

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），它們自然狀態下分別都是電中性的，即不帶電。如圖1所示。

圖1. P型和N型半導體

把它們結合在一起，就形成PN接面。邊界處N型半導體的電子自然就會跑去P型區填補空穴，留下失去電子而顯正電的原子。相應P型區邊界的原子由於得到電子而顯負電，於是就在邊界形成一個空間電荷區。為什麼叫“空間電荷區”？是因為這些電荷是微觀空間內無法移動的原子構成的。

空間電荷區形成一個內建電場，電場方向由N到P，這個電場阻止了後面的電子繼續過來填補空穴，因為這時P型區的負空間電荷是排斥電子的。電子和空穴的結合會越來越慢，最後達到平衡，相當於載流子耗盡了，所以空間電荷區也叫耗盡層。這時PN接面整體還呈電中性，因為空間電荷有正有負互相抵消。如圖2所示。

圖2. PN接面形成內建電場

外加正向電壓，電場方向由正到負，與內建電場相反，削弱了內建電場，所以二極體容易導通。綠色箭頭表示電子流動方向，與電流定義的方向相反。如圖3所示。

圖3. 正向導通狀態

外加反向電壓，電場方向與內建電場相同，增強了內建電場，所以二極體不容易導通。如圖4所示。當然，不導通也不是絕對的，一般會有很小的漏電流。隨著反向電壓如果繼續增大，可能造成二極體擊穿而急劇漏電。

圖4. 反向不導通狀態

圖5是二極體的電流電壓曲線供參考。

圖5.二極體電流電壓曲線

圖6形象的展示了不同方向二極體為什麼能導通和不能導通，方便理解。

圖6. 不同方向導通效果不同

生活中單向導通的例子也不少，比如地鐵進站口的單向閘機，也相當於二極體的效果：正向導通，反向不導通，如果硬要反向透過，可能就會因為太大力“反向擊穿”破壞閘機了。