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為什么二極管對(duì)電流方向有限制作用？

二極管就是一個(gè)N型半導(dǎo)體和一個(gè)P型半導(dǎo)體“粘合”在一起的，但為什么會(huì)對(duì)電流方向有限制作用？: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-04-21

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PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦? 如果采用某種工藝，使一塊硅片的一邊成為P型半導(dǎo)體，另一邊為N型半導(dǎo)體，由于P區(qū)有大量空穴（濃度大），而N區(qū)的空穴極少（濃度小），因此空穴要從濃度大的P區(qū)向濃度小的N區(qū)擴(kuò)散，并與N區(qū)的電子復(fù)合，在交界面附近的空穴擴(kuò)散到N區(qū)，在交界面附近一側(cè)的P區(qū)留下一些帶負(fù)電的三價(jià)雜質(zhì)離子，形成負(fù)空間電荷區(qū)。同樣，N區(qū)的自由電子也要向P區(qū)擴(kuò)散，并與P區(qū)的空穴復(fù)合，在交界面附近一側(cè)的N區(qū)留下一些帶正電的五價(jià)雜質(zhì)離子，形成正空間電荷區(qū)。這些離子是不能移動(dòng)的，因而在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交界面兩側(cè)形成一層很薄的空間電荷區(qū)，也稱為耗盡層，這個(gè)空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個(gè)電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng)，其方向從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)，如圖1所示?？臻g電荷區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)一個(gè)方面對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，另一方面對(duì)少數(shù)載流子（P區(qū)的自由電子和N區(qū)的空穴）起推動(dòng)作用，使它們?cè)竭^空間電荷區(qū)進(jìn)入對(duì)方區(qū)域。少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。在一定條件下，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。達(dá)到平衡后，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來，PN結(jié)就處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。若在PN結(jié)上加正向電壓，即外電源的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，也稱為正向偏置。此時(shí)外加電壓在PN結(jié)中產(chǎn)生的外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流（正向電流），PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。在一定范圍內(nèi)，外電場(chǎng)愈強(qiáng)，正向電流（由P區(qū)流向N區(qū)的電流）愈大。正向偏置時(shí)，PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低，一般為幾歐到幾百歐。若在PN結(jié)上加反向電壓，即外電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，也稱為反向偏置。此時(shí)外加電壓在PN結(jié)中產(chǎn)生的外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)方向一致，也破壞了擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)的平衡。外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移動(dòng)，使得空間電荷增強(qiáng)，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，使多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)很難進(jìn)行。但另一方面，內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng)也加強(qiáng)了少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)。由于少數(shù)載流子數(shù)量很少，因此反向電流不大，即PN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很高，可以認(rèn)為PN結(jié)基本上不導(dǎo)電，處于截至狀態(tài)。反向電阻一般為幾千歐到十幾兆歐。由于少數(shù)載流子是由于價(jià)電子獲得熱能（熱激發(fā)）掙脫共價(jià)鍵的束縛而產(chǎn)生的。環(huán)境溫度愈高，少數(shù)載流子的數(shù)量愈多，所以溫度對(duì)反向電流的影響較大。由以上分析可知，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴Ｔ赑N結(jié)上加正向電壓時(shí)，PN結(jié)電阻很低，正向電流較大，PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)；加反向電壓時(shí)，PN結(jié)電阻很高，反向電流很小，PN結(jié)處于截至狀態(tài)。圖中是半導(dǎo)體PN結(jié)在零偏﹑負(fù)偏﹑正偏下的耗盡區(qū)。擴(kuò)散的結(jié)果使得結(jié)合區(qū)兩側(cè)的P型區(qū)出現(xiàn)負(fù)電荷，N型區(qū)帶正電荷，形成一個(gè)勢(shì)壘，由此而產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)將阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)兩者達(dá)到平衡時(shí)，在PN結(jié)兩側(cè)形成一個(gè)耗盡區(qū)，耗盡區(qū)的特點(diǎn)是無自由載流子，呈現(xiàn)高阻抗。當(dāng)PN結(jié)反偏時(shí)，外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致，耗盡區(qū)在外電場(chǎng)作用下變寬，使勢(shì)壘加強(qiáng)；當(dāng)PN結(jié)正偏時(shí)，外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，耗盡區(qū)在外電場(chǎng)作用下變窄，勢(shì)壘削弱，使載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)繼續(xù)形成電流，此即為PN結(jié)的單向?qū)щ娦?電流方向是從P指向N。 http://public.whut.edu.cn/lxy/wuli/shiyanzl/ZL/yinyong/guiguangdianchi.htm: 回答者：網(wǎng)友

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