二极管的作用和工作原理（深入分析二极管原理）

二极管（diode)是用半导体材料制成的一种电子元件 ，二极管有两个电极，正极，又叫阳极；负极，又叫阴极，给二极管两极间加上正向电压时，二极管导通，加上反向电压时，二极管截止。这是二极管基本的工作原理。

二极管的主要原理就是利用PN结的单向导电性，在PN结上加上引线和封装就成了一个二极管。

本文中所说的二极管指晶体二极管，由于真空二极管已经被淘汰，所以不再对真空二极管作讲述。

二极管外观如下图：

图1

图1中二极管带白色一端为二极管的阴极，也叫负极，另一端则为阳极，也叫正极。

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。

二极管pn结结构图

在P型半导体和N型半导体体结合后，由于N型区内电子很多而空穴很少，而P型区内空穴很多但电子很少，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差异。这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。这也叫扩散作用，不但二极管会发生扩散作用，自然界所有物质都会发生扩散作用，比如从饭店门口经过闻到的香味就是扩散作用。

于是，有一些电子要从N型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。它们扩散的结果就是使P区一边失去空穴，N区一边失去电子。由于半导体中离子不能自由移动，因此不参与导电，于是这些不能移动的带电粒子在P区和N区交界面，形成了一个很薄的空间电荷区。在出现空间电荷区以后，由于正负电荷的相互作用，在空间电荷区就形成了一个内电场，其方向是从N区指向P区。显然，这个内电场的方向与截流子扩散运动的方向相反（关于这点，如果有同学不明白的可以在评论区提问），所以内电场阻止了扩散运动。

另一方面，这个内电场又使N区的少数载流子即空穴向P区漂移，使P区的少数载流子即电子向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。最后，多子的扩散运动和少子的漂移运动达到动态平衡形成PN结，也叫耗尽层，因为是空间电荷区由于缺少多子。