二極管是很常見的電子元器件，有兩個極，即陰極和陽極，二極管具有單向?qū)щ娦裕?a href="http://wenjunhu.com/tags/電流/" target="_blank">電流只能從陽極流向陰極，電壓反向時二極管截止。幾乎所有電子電路中都能找到二極管的身影。
1、材質(zhì)
1)硅單質(zhì)
硅原子核外有14個電子，其中最外層有4個電子，在硅單質(zhì)中，原子和原子之間互相借用電子形成一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。沒有多余的自由電子，這種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是不導(dǎo)電的。這里為了便于理解畫成了平面圖形，如下圖所示：
2)P(positive)型半導(dǎo)體
把硼等3價元素作為雜質(zhì)參入硅單質(zhì)中，這種混合體就叫P型半導(dǎo)體，硼原子最外層有3個電子，和硅原子混合后，會有“空穴”產(chǎn)生，空穴能夠承載電子，這種空穴被稱作載流子，因此這種P型半導(dǎo)體是能夠?qū)щ姷?。由于制作工藝、純凈度等因素，在P型半導(dǎo)體中也存在少量自由電子，因此在P型半導(dǎo)體中空穴稱為多子，自由電子稱為少子。注意一點(diǎn)，P型半導(dǎo)體整體不帶電，呈電中性。如下圖所示。
3)N(negative)型半導(dǎo)體
把磷等5價元素作為雜質(zhì)參入硅單質(zhì)中，這種混合體就叫N型半導(dǎo)體，磷原子最外層有5個電子，和硅原子混合后，會有多余的自由電子剩余，多余的自由電子也被稱作載流子，因此這種N型半導(dǎo)體也是能夠?qū)щ姷?。由于制作工藝、純凈度等因素，在N型半導(dǎo)體中也存在少量空穴，因此在N型半導(dǎo)體中自由電子稱為多子，空穴稱為少子。注意一點(diǎn)，N型半導(dǎo)體整體不帶電，呈電中性。如下圖所示：
單獨(dú)的P型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體都是不帶電的，不少人認(rèn)為P型帶正電，N型帶負(fù)電，這是錯誤說法，不管是P型還是N型，都是有兩種元素混合到一起的，這兩種元素都是電中性，混合到一起就不是了?
2、載流子運(yùn)動方式
載流子有兩種運(yùn)動方式：
擴(kuò)散：載流子會從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散。
漂移：載流子在電場的作用下移動。
載流子包括空穴和電子，實(shí)際上擴(kuò)散和漂移是指的電子，而并非空穴，電子移動到新位置后，新位置從電中性變?yōu)閹ж?fù)電，而電子原來的位置因?yàn)殡娮与x開形成帶正電的“空穴”， “看起來”空穴在移動。
3、二極管構(gòu)成(PN結(jié))
為了便于理解，簡化了示意圖，左側(cè)是P型半導(dǎo)體，含有大量空穴以及極少自由電子，右側(cè)N型半導(dǎo)體，含有大量自由電子以及極少空穴。
將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上就形成了二極管，如下圖，N型半導(dǎo)體自由電子濃度大，逐漸向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散，與P型半導(dǎo)體中的空穴復(fù)合?！翱雌饋怼毕窨昭ㄒ苿拥搅薔型半導(dǎo)體一側(cè)。N型半導(dǎo)體因丟失電子而帶正電，P型半導(dǎo)體因得到電子而帶負(fù)電。兩側(cè)帶電極性相反，從而建立電場，電場方向由N指向P。電場的建立會使擴(kuò)散到P區(qū)電子返回N區(qū)，這就是漂移運(yùn)動。在這里擴(kuò)散和漂移是相反的運(yùn)動，最終達(dá)到動態(tài)平衡。產(chǎn)生電場的區(qū)域叫做空間電荷區(qū)，又叫做耗盡區(qū)，也就是經(jīng)常說的PN結(jié)(PN junction)。
4、二極管正向?qū)?/p>
給二極管施加正向電壓，正向電壓形成的外部電場和內(nèi)電場方向相反，內(nèi)部電場受到外部電場“擠壓”，削弱了內(nèi)部電場，促進(jìn)了自由電子向P區(qū)擴(kuò)散，也就是說自由電子更容易從N區(qū)進(jìn)入P區(qū)，進(jìn)入P區(qū)后N區(qū)剩下的空穴由電源提供的自由電子填充，同時擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子被電源“吸”出來，留下空穴。就這樣形成電流，二極管實(shí)現(xiàn)正向?qū)ā?/p>
5、二極管反向截止
給二極管施加反向電壓，反向電壓形成的外部電場和和內(nèi)部電場方向相同，N區(qū)域自由電子被電源拉向電源正極，P區(qū)的空穴被電源負(fù)極輸出的電子填充，內(nèi)部電場得到加強(qiáng)，漂移運(yùn)動加強(qiáng)，空間電荷區(qū)變寬。P區(qū)空間電荷區(qū)中的空穴幾乎都被填滿，空穴失去載流功能，只有數(shù)量極少的自由電子，被電場加速進(jìn)入N區(qū)，自由電子原來的位置被電源輸出的電子填充，行成極小反向漏電流。
