二极管为什么具有单向导电性

Question

如题所述

Answer 1

二极管是由PN结组成的，即P型半导体和N型半导体，因此PN结的特性导致了二极管的单向导电特性。在P型和N型半导体的交界面附近，由于N区的自由电子浓度大，于是带负电荷的自由电子会由N区向电子浓度低的P区扩散，扩散的结果使PN结中靠P区一侧带负电，靠N区一侧带正电，形成由N区指向P区的电场。diangon.com即PN结内电场。内电场将阻碍多数载流子的继续扩散，又称为阻档层。
PN结加上正向电压
将PN结的P区接电源正极，N区接电源负极，在正向电压作用下，PN结中的外电场和内电场方向相反，扩散运动和漂移运动的平衡被破坏，内电场被削弱，使空间电荷区变窄，多数载流子的扩散运动大大地超过了少数载流子的漂移运动，多数载流子很容易越过PN结，形成较大的正向电流，PN结呈现的电阻很小，因而处于导通状态。
PN结 加上反向电压
将PN结的P区接电源负极，N区接电源正极，此时外电场和内电场方向一致，内电场增强，使空间电荷区加宽，对多数载流子扩散运动的阻碍作用加强，多数载流子几乎不运动，但是，增强了的内电场有利于少数载流子的漂移运动，由于少数载流子的数量很少，只形成微小的反向电流，PN结呈现的反向电阻很大，因此处于截止状态。
扩散电容
p-n结在正偏时所表现出的一种微分电容效应。pn结扩散电容是来自于非平衡少数载流子（简称非平衡少子）在pn结两边的中性区内的电荷存储所造成的电容效应；简单来说就是因为PN结加正向电压的时候由于PN区的电荷浓度差的变化就会有电荷的积累和释放，这个积累和释放的过程就等同于一个电容充放电，这是由二极管特殊的材料和结构所决定的，所以扩散电容无法消除。
势垒电容
PN结加反向电压的时候由于PN结反向截止电流不能直接流过二极管，PN结的两个电极就相对绝缘，这恰恰就构成了一个电容器的原型：任何绝缘体中的两个金属导体都存在电容效应，电容的容量与两极的距离成反比，与两极的面积成正比。
用途
二极管单向导电的特性用途其实十分广泛，在生活中，单向导通的例子也有许多，比如进入地铁口时的单向闸机，也相当于二极管的效果，正向导通，反向不导通，如果硬要反向通过，可能就会因为太大力“反向击穿”破坏闸机了。