PN结二极管知识大全

当 p 型半导体熔合到 n 型半导体时形成 PN 结二极管，从而在二极管结上产生势垒电压。
   
PN 结二极管由 p 区和 n 区组成，由存储电荷的耗尽区隔开，如果我们将 N 型和 P 型材料的末端进行电气连接，当他们连接到电源的时候，那么就要用其他的能源来克服壁垒，就说其他的能源要自由电子能从一侧穿过耗尽区到另一侧N 结关于势垒宽度的行为会产生不对称导电的两端器件，这就是大家所说的PN 结二极管。
   
PN 结二极管 是非常简单的半导体器件，只有一个方向上使电流通过自身的电气特性。

就要记住一个指数电流-电压（I-V）关系，如果在PN结的两端之间施加正电压的时候，PN结耗尽层的宽度减小，在通过施加负电压（反向偏置）导致自由电荷从结中拉开这具有增加或减少结本身的有效电阻的作用，允许或阻止电流流过二极管pn结。

标准有两个操作区域和三个可能的“偏置”条件 结二极管 这些是：
   
1. 零偏差 – PN 结二极管没有施加外部电压电位。
   
2. 反向偏置 – 电压电位在二极管两端将负 （-ve） 连接到 P 型材料，正 （+ve） 连接到 N 型材料，其影响为 增加 PN 结二极管的宽度。
   
3. 前向偏差 – 电压电位正（+ve）连接到P型材料，负（-ve）连接到二极管上的N型材料，其影响是 降低 PN 结二极管宽度。

零偏置结二极管

当二极管连接在 零偏差 条件，没有外部势能施加到PN结。但是，如果二极管端子短接在一起，则P型材料中的几个孔（多数载流子）具有足够的能量来克服势垒，将穿过结处，对抗该势垒势。这被称为”正向电流“，并被引用为 我F
   
同样，在N型材料（少数载流子）中产生的孔发现这种情况有利，并沿相反方向穿过结。这被称为”反向电流“，并被引用为 我R.这种电子和空穴在PN结上来回转移称为扩散，如下所示。

反向偏置 PN 结二极管

当二极管连接在 反向偏置 条件，对N型材料施加正电压，对P型材料施加负电压。
   
施加到N型材料的正电压将电子吸引到正极并远离结，而P型端的空穴也被吸引到远离结端的负极。
   
终结果是，由于缺乏电子和空穴，耗尽层变宽，并呈现高阻抗路径，几乎是绝缘体，并且在结上形成高势垒，从而防止电流流过半导体材料。

结型二极管的反向特性曲线

PN结二极管反转特性
   
有时，这种雪崩效应在稳压电路中具有实际应用，其中串联限制电阻与二极管一起使用，以将该反向击穿电流限制为预设的值，从而在二极管两端产生固定电压输出。这些类型的二极管通常称为齐纳二极管，将在后面的教程中讨论。

正向偏置PN结二极管

当二极管连接在 前向偏置 条件，对N型材料施加负电压，对P型材料施加正电压。如果该外部电压大于势垒的值，硅约为0.7伏，锗约为0.3伏，则势垒对立将被克服，电流将开始流动。
   
这是因为负电压将电子推向或排斥结点，使它们具有交叉的能量，并与正电压以相反方向向结方向推动的空穴结合。这导致零电流流向该电压点的特性曲线，在静态曲线上称为“拐点”，然后高电流流过二极管，外部电压几乎没有增加，如下所示。

结二极管的正向特性曲线

前向特性
   
在结型二极管上施加正向偏置电压导致耗尽层变得非常薄和窄，这代表通过结的低阻抗路径，从而允许高电流流动。电流突然增加的点在上面的静态 IV 特性曲线上表示为“拐点”。
   
总结
    
PN 结区具有以下重要特性：
   
半导体包含两种类型的移动电荷载体，“空穴”和“电子”。
空穴带正电，而电子带负电。
半导体可能掺杂有施主杂质，例如锑（N 型掺杂），因此它包含主要为电子的移动电荷。
半导体可能掺杂有受主杂质，例如硼（P 型掺杂），因此它包含主要为空穴的移动电荷。
结区本身没有载流子，称为耗尽区。
结（耗尽）区的物理厚度随施加的电压而变化。
   
当二极管为零偏置时，不施加外部能源，并且在耗尽层上形成自然势垒，硅二极管约为 0.5 至 0.7 伏，锗二极管约为 0.3 伏。
   
当结型二极管正向偏置时，耗尽区的厚度会减小，二极管就像短路一样，允许全电路电流流动。
   
当结型二极管反向偏置时，耗尽区的厚度增加，二极管就像开路一样阻止任何电流流动（只有非常小的漏电流会流动）。