通過教室座位形象理解二極管原理





在P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體的緊密接觸交界處,會形成一個具有特殊電學(xué)性能過渡區(qū)域;
空穴型半導(dǎo)體又稱P型半導(dǎo)體,是以帶正電的空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體。在純硅中摻入微量3價元素銦或鋁,由于銦或鋁原子周圍有3個價電子,與周圍4價硅原子組成共價結(jié)合時缺少一個電子,形成一個空穴??昭ㄏ喈?dāng)于帶正電的粒子,在這類半導(dǎo)體的導(dǎo)電中起主要作用。
N型半導(dǎo)體也稱電子型半導(dǎo)體,指自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體,參雜磷等Ⅴ族元素。磷,第15號化學(xué)元素,符號P,磷原子周圍有5個價電子。




這里比較難以理解的是空穴的運動??昭ㄒ馕吨裁炊紱]有,怎么會運動呢?參考圖1,圖2,圖3。圖1中左上方有一個空穴,隨著圖2中電子的運動,出現(xiàn)圖3的情形,這本來是電子在運動,但從宏觀上的效果來看,我們也可以認(rèn)為,圖1左上角的空穴移動到了圖3的右下角。

形成PN結(jié)以后,由于電場的作用,空穴和電子會出現(xiàn)擴(kuò)散運動。

擴(kuò)散運動停止后,在帶電薄層中靠近P區(qū)一邊有不能移動負(fù)電荷,在靠近N區(qū)一邊有不能移動正電荷,正負(fù)電荷的存在在接觸面處形成了一個電場,稱為內(nèi)建電場。其方向是從N區(qū)指向P區(qū)。稱為PN結(jié)。由于PN結(jié)對載流子的擴(kuò)散具有阻止作用,所以有時也稱PN結(jié)為“阻擋層”;內(nèi)建電場所占據(jù)的區(qū)域中存在還能移動的正、負(fù)電荷,故電場區(qū)域又叫做“空間電荷區(qū)”。

當(dāng)外界有正向電壓偏置時,外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。 在電子電路中,將二極管的正極接在高電位端,負(fù)極接在低電位端,二極管就會導(dǎo)通。

由此得出二極管的伏安特性曲線,可以看到,電壓大于0.7伏特的時候硅二極管導(dǎo)通。

二極管的作用類似于一個開關(guān):

只不過這個開關(guān)不是人去按下,而是電去按下,按下的力量只要大于0.7伏特就可以了。

二極管的這個特性,可以用教室中的座位形象說明。
當(dāng)教室中間的幾排座位,有的位置空著,有的位置坐著兩個人或者更多人的時候,這個時候?qū)W生會自發(fā)調(diào)整到一個人一個座位。調(diào)整好的那幾排座位就相當(dāng)于PN結(jié)。
當(dāng)教室邊緣的右邊多出來的沒有座位的同學(xué)(多子電子),要走到教室左邊的空位置(多子空穴)的時候,需要通過已經(jīng)調(diào)整好一人一座的中間那幾排(PN結(jié)),由于位置比較密,所以存在困難(內(nèi)建電場),這時候老師命令把排與排之間的位置拉大(外加電壓),這樣右邊的同學(xué)就可以順利走到左邊的空位坐下(開關(guān)被按下,形成正向電流)。