为什么二极管正向导通 二极管如何实现正向导通

为什么二极管正向导通

二极管是电子学中最常用的器件之一，其具有将电流只能单向通过的特性，可用于整流、电压稳定等电路中。二极管的正向导通是其正常工作状态，下面将从多个方面介绍为什么二极管正向导通。

PN结的工作原理

PN结是二极管的重要部分，是由p型半导体和n型半导体组成的结构。在PN结的区域内，p型半导体中的多数载流子（空穴）向n型半导体中自由电子的浓度梯度区域移动，这意味着此区域电子密度高，空穴密度低。当p型半导体区域的空穴与n型半导体区域的自由电子结合时，就会产生电子-空穴对，也称为载流子。在PN结中，由于负电荷的电子和正电荷的空穴相互吸引并结合，形成势垒。当势垒足够高时，就会阻挡电荷载流子的流动，此时二极管不导电。

但是，在PN结的p端加正向电压，n端加负向电压时，电场会减小势垒，使载流子能够越过势垒。当正向电压足够大时，势垒被完全消除，载流子可以从p端进入n端，此时二极管就呈现正向导通状态。

空穴注入理论

在正向偏置状态下，外加电压使p型半导体中的空穴向接近PN结的区域移动，这些空穴受到PN结势垒的影响，会进入n型半导体中。在PN结的n端，这些空穴和自由电子相遇，随着空穴较多，就会形成一个电子富集区。随着空穴继续进入n型半导体，电子富集区会扩大。在整个过程中，由于电子-空穴结合和再生的作用，电流得以通过二极管。

捆绑原理

二极管的导通也可根据捆绑原理描述。捆绑原理是指半导体表面的自由电子能够被束缚在几个表层原子中，从而形成所谓的空穴。当正向电压加在PN结上时，空穴被束缚到p型材料中，表层缺电子，形成浓度非常高的空穴区域。电子从n型材料流入这个区域，空穴由于位置短缺，就可以通过n型材料流出。在正向偏置时，空穴注入到n型半导体中，自由电子注入到p型半导体中，形成正向电流。

参杂原理

参杂技术是半导体工艺中经常使用的技术之一。将5价元素砷、铋或磷注入4价硅中，在硅晶体中形成杂质。这些杂质中的自由电子和硅中的电子形成共价键，通过电子共价电子对杂质进行掺杂，使其电子外层半满或者近似半满。在PN结处，增加参杂的杂质，如磷元素，将增加n型半导体中的自由电子，降低p型半导体区域的空穴浓度，从而使势垒减小，电流得以流动，二极管处于正向导通状态。