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如果将一块P型半导体块与下图（a）中的N型半导体块接触，则结果将没有价值。我们有两个相互接触的导电块，没有表现出独特的性能。问题是两个单独且不同的晶体。两个晶体块中的电子的数量与质子的数量相同。因此，两个块都没有任何净电荷。

但是，在下图（b）中，一端为P型材料而另一端为N型材料制成的单个半导体晶体具有一些独特的性能。 P型材料具有正多数电荷载流子，空穴，它们可自由围绕晶格移动。 N型材料具有可移动的负多数载流子电子。在结附近，N型材料电子扩散穿过结，并与P型材料中的空穴结合。由于吸引了电子，结附近的P型材料区域带净负电荷。由于电子离开了N型区域，因此它具有局部正电荷。这些电荷之间的晶格薄层已经耗尽了多数载流子，因此被称为耗尽区。成为非导电本征半导体材料。实际上，我们几乎有一个绝缘体将导电的P和N掺杂区分开。

（a）接触的P和N半导体块没有可利用的特性。 （b）掺有P和N型杂质的单晶形成势垒。

PN结处的电荷分离构成了势垒。 必须通过外部电压源克服该势垒，以使结导通。 结和势垒的形成发生在制造过程中。 势垒的大小取决于制造中使用的材料。 硅PN结具有比锗结更高的势垒。

PN结偏置

在下图（a）中，电池的排列方式是使负极端子将电子提供给N型材料。 这些电子向结扩散。 正极端子将电子从P型半导体中移除，从而产生向结扩散的空穴。 如果电池电压足够大以克服结电势（Si中为0.6V），则N型电子和P型空穴会相互抵消。 这释放了晶格内的空间，使更多的载流子流向结。 因此，N型和P型多数载流子的电流流向结。 结点的重组使电池电流流过PN结二极管。 这种结点被称为前向偏置的。

如果电池极性如上图（b）所示相反，则多数载流子会从结点吸引到电池端子。 电池正极端子从结处吸引N型多数载流子电子。 负极端子从连接处吸引P型多数载流子，空穴。 这增加了非导电耗尽区的厚度。 没有多数载体的重组； 因此，没有传导。 电池极性的这种排列称为反向偏置。

二极管

二极管的示意图符号在下面的图（b）中对应于（a）中的掺杂半导体条。 二极管是单向器件。 电流仅沿一个方向流动，沿着箭头，对应于正向偏置。 二极管符号的阴极bar对应于N型半导体。 阳极箭头对应于P型半导体。 为了记住这种关系，符号上的未指向（条形）对应于N型半导体。 指向（箭头）对应于P型。

（a）正向偏置PN结，（b）相应的二极管示意图符号（c）硅二极管的I与V特性曲线。

如果二极管如上图（a）所示被正向偏置，则电流会随着电压从0 V的增加而略有增加。对于硅二极管，当上图中的电压接近0.6 V时，可测量的电流会流过）。当电压增加到超过0.6 V时，拐点后电流会大大增加。将电压增加到超过0.7 V可能会导致足够高的电流以破坏二极管。正向电压VF是半导体的特性：硅为0.6至0.7 V，锗为0.2 V，发光二极管（LED）为几伏。正向电流范围从点接触二极管的几mA到小信号二极管的100 mA到功率二极管的数十或数千安培不等。

如果二极管反向偏置，则仅本征半导体的泄漏电流流动。在上图（c）中将其绘制在原点的左侧。对于硅小信号二极管的最极端条件，该电流仅会高达1 µA。直到二极管击穿，该电流才不会随着反向偏置的增加而明显增加。击穿时，电流会大大增加，除非高串联电阻限制电流，否则二极管将被破坏。通常，我们选择反向额定电压高于任何施加电压的二极管来防止这种情况。硅二极管通常具有50、100、200、400、800 V和更高的反向击穿额定值。可以制造几伏的较低额定值的二极管作为电压标准。

前面我们曾提到，硅二极管的反向泄漏电流低于µA，这是由于本征半导体的导电引起的。 这是可以用理论解释的泄漏。 热能产生很少的电子-空穴对，它们传导泄漏电流直到复合。 在实际中，这种可预测的电流只是泄漏电流的一部分。 大部分泄漏电流归因于表面传导，这与缺乏半导体表面的清洁度有关。 两种泄漏电流都随着温度的升高而增加，对于小型硅二极管，其泄漏电流接近µA。

对于锗，泄漏电流要高几个数量级。 由于锗半导体目前很少使用，因此在实践中这不是问题。

回顾

PN结是由单晶半导体制成的，在结附近有一个P型和N型区域。
电子从结的N侧传输到在结的P侧抵消空穴，产生势垒电压。 在硅中为0.6至0.7 V，并且随其他半导体而变化。
一旦克服了势垒电压，正向偏置的PN结就会传导电流。 外部施加的电势迫使多数载流子流向发生重组的结，从而允许电流流动。
反向偏置的PN结几乎不传导电流。 施加的反向偏置将多数载流子从结吸引开。 这增加了非导电耗尽区的厚度。
反向偏置的PN结显示出与温度有关的反向泄漏电流。 在小型硅二极管中，该电流小于µA。

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文章来源: reborn.blog.csdn.net，作者：李锐博恩，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

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