二极管材料构成（介绍二极管的作用及工作原理）-钰翎珑科普网

发光二极管是我们生活中较为常见的一种，如：商用走字灯、交通灯、LED屏幕、LED灯泡等。二极管由锗或硅半导体材料制成，半导体材料在室温下导电性能处于导体与绝缘体之间，早在一百多年前即已出现此物，它是半导体器件家族的元老。

发光二极管仅仅是二极管中的一种，也有很多不同用途的二极管：整流二极管，稳压二极管，光电二极管和开关二极管。整流二极管是我们生活中较普遍使用的一种二极管，它用于交流转直流电路：手机充电器、电脑充电器、电动车充电器等。

以上所说的二极管，它们具有单向导电性这一共同特性，即电流只允许从二极管阳极进入而负极流出，反之亦然。原因是什么？二极管里有一个叫做PN结，是它使电流不能逆流。下面，小马哥来告诉伙伴们PN结的故事。

自然界的材料，按其导电性能划分为导体，半导体及绝缘体三类，其中半导体材料的导电性能处于导体与绝缘体中间。

通常使用的半导体材料是四价硅、锗（zhě）等。何谓四价呀，即最外一层4个电子的价格。纯半导体又称本征半导体，导电能力差，无法直接用于半导体器件的制作，本征半导体一侧采用扩散工艺混入三价元素（硼），另一边混入五价元素（磷）是用原先的少量硅原子或锗原子代替。

三价元素（硼）中，最外的电子只有3个，但硅、锗中有外的4个，缺1个呢？然后形成空穴，这是P型半导体。因此P型半导体变成一种含有很高浓度空穴的半导体。

五价元素（磷）有五个电子，多了一个怎么办？多出来的电子很少被束缚而变得自由，称为自由电子。这是N型半导体。因此N型半导体变成含电子浓度更高。

当P型半导体与N型半导体复合时，P区的空穴与N区的自由电子多称多子，P区的自由电子与N区的空穴接近于零称少子，其交界处存在自由电子与空穴浓度差异。

由于P区的空穴浓度比N区高，空穴就往N区扩散，而N区的自由电子浓度比P区高，自由电子往P区扩散，就像一滴墨水滴在清水中，墨水自身浓度较大时，会向四周发散，即发散运动，P区空穴与N区自由电子可能会相遇进而发生复合。复合是什么呀，将空穴比喻为房子，在房子里要居住的人呀，此时自由电子比作人，那么他们便组合在一起。

杂质离子在P区与N区之间是不可以随意运动的，为什么啊？由于杂质离子受到周围硅原子或锗原子约束。P区与N区的交界面周围，有很细的空间电荷区形成，其中多子已经向彼此扩散、复合或耗尽。

P区与N区内部杂质离子发生作用，N区杂质离子带上正电荷，P区杂质离子带上负电荷并在空间电荷区产生内电场，扩散运动发生使得空间电荷区展宽、内电场增强。

这种内电场，一方面使扩散运动受阻，扩散不易继续；另一方面使得空穴（少子）由N区向P区飘移，而自由电子则由P区向N区飘移，这种飘移不是汽车的飘移，而是受到N区内高电势的影响，在低电势内电场作用下，P区内发生漂移称为少子漂移。

缓慢地，空间电荷区趋于稳定。概述多子运动被称为扩散，少子运动则是漂移，在这两个运动处于动态平衡时形成PN结。将PN结与对应电级引线及管壳复合形成半导体二极管。由P区引出的电极成为了正极，由N区引出的电极成为了负极。

PN结加上正向导通电压时是将P区引脚加上电源的正极，N区引脚接电源的负极。电流方向从P区流到N区与PN结内电场方向相反，电压超过内电场电压后，外接电源将其内电场抵消。

内电场相抵，利于扩散运动，空间电荷区缓慢向P区，N区转变，随着空间电荷区逐渐变细直至最细时此时形成扩散电流，此时二极管亦导通，此时电压叫导通电压。

相反将P区引脚加到电源负极上，N区引脚接在电源正极上，此时电流的流向与内电场方向一致，加强内电场使空间电荷区加宽，空穴将被拉到P区方向上，电子将被拉到N区方向上，这样就防止扩散运动并形成反向漏电流，因为电流很小，所以称为截止状态。

当反向电压上升到某一水平后，反向电流就会骤然上升。若外电路无法约束电流，电流会烧PN结，此时电压变为击穿电压，此时二极管无用。

二极管加上正向偏置电压后，在死区OA区域内，因正向电压相对较低，二极管不导通且基本无电流而呈现高阻，这时二极管两端电压就是死区电压，硅二极管为0.5V（锗管为0.1v），当正向电压高于一定值时，二极管中的电流随电压的升高而增大，二极管处于导通状态，此时的电压叫做导通电压或门槛电压。

硅管导通电压为0.6V（锗管为0.2v），导通时二极管两端电压不变，硅管0.7V（锗管为0.3v）导通，此时称为正向压降。

电子和空穴结合时可以辐射可见光，而PN结中掺杂不同化合物所发射的光线是不一样的，如镓（Ga），砷（As），磷（P）和氮（N）等等。接着加引脚并用环氧树脂包好，通上正向电压的发光二极管，从而使其发光。

稳压二极管是利用二极管反向击穿这一特点，稳压二极管均串接于电路之中，稳压二极管击穿时虽然电流变化较大，但二极管两端电压基本稳定于击穿电压以上和以下。

接二极管时还应注意正负极问题，通常从外观上看，长引脚是正极、短引脚是负极，有的二极管表面还会出现图形符号，使用万用表还能测量，将万用表调至二极管档上，红黑表笔与二极管两端连接，如果这时万用表读数低于1，则红表笔与二极管正极连接，黑表笔与二极管负极连接。如果读数是“1”，黑表笔的一头就是正极。

嗯二极管PN结就介绍到这里吧，因为篇幅所限，关于二极管发出各种颜色光线的原因，也可以不断地闪等我们下期再说吧！

二极管材料构成（介绍二极管的作用及工作原理）

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