pn結在何種情況下顯現單向導電性（PN結為什麼可以單向導電）

2023-09-13 01:59:55

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結。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。

圖2. PN結形成內建電場

圖2. PN結形成內建電場

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. 正嚮導通狀態

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：正嚮導通，反向不導通，如果硬要反向通過，可能就會因為太大力「反向擊穿」破壞閘機了。（大象 20200330）