二極管的工作原理

二極管的主要原理就是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，在PN結(jié)上加上引線和封裝就成了一個(gè)二極管。

晶體二極管為一個(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于PN結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流。

當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，PN結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。PN結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。

 PN結(jié)形成原理P型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體（一種完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體）摻入少量三價(jià)元素雜質(zhì)，如硼等。

因硼原子只有三個(gè)價(jià)電子，它與周圍的硅原子形成共價(jià)鍵，因缺少一個(gè)電子，在晶體中便產(chǎn)生一個(gè)空位，當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子獲得能量時(shí)就有可能填補(bǔ)這個(gè)空位，使硼原子成了不能移動(dòng)的負(fù)離子，而原來的硅原子的共價(jià)鍵則因缺少一個(gè)電子，形成了空穴，但整個(gè)半導(dǎo)體仍呈中性。這種P型半導(dǎo)體中以空穴導(dǎo)電為主，空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體形成的原理和P型原理相似。在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)原子，如磷等。摻入后，它與硅原子形成共價(jià)鍵，產(chǎn)生了自由電子。在N型半導(dǎo)體中，電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。

因此，在本征半導(dǎo)體的兩個(gè)不同區(qū)域摻入三價(jià)和五價(jià)雜質(zhì)元素，便形成了P型區(qū)和N型區(qū)，根據(jù)N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的特性，可知在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差異，電子和空穴都要從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域擴(kuò)散，它們的擴(kuò)散使原來交界處的電中性被破壞。PN結(jié)單向?qū)щ娦?/p>

在PN結(jié)外加正向電壓V，在這個(gè)外加電場(chǎng)的作用下，PN結(jié)的平衡狀態(tài)被打破，P區(qū)中的空穴和N區(qū)的電子都往PN結(jié)方向移動(dòng)，空穴和PN結(jié)P區(qū)的負(fù)離子中和，電子和PN結(jié)N區(qū)的正離子中和，這樣就使PN結(jié)變窄。隨著外加電場(chǎng)的增加，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)減弱。當(dāng)外加電壓超過門檻電壓，PN結(jié)相當(dāng)于一個(gè)阻值很小的電阻，也就是PN結(jié)導(dǎo)通。