一文彻底搞懂PN结及其单向导电性（图解说明）

前置知识

首先我们要知道纯净的本征半导体 硅 的导电性是非常差的，所以我们一般都会向纯净硅中添加杂质，也就是P型半导体和N型半导体。P型半导体和N型半导体都是呈电中性的，对于N型半导体而言，它又多数载流子电子和带正电荷的N+离子组成，然而，N+离子是不会移动的，因此我们后面讨论的漂移运动和扩散运动都是针对载流子而言的。

扩散运动 

现在我们已知：在N型半导体区多数载流子是电子，少数载流子是空穴。在P型半导体区多数载流子是空穴，少数载流子是电子。那么根据物质普遍是从高浓度区域向低浓度区域移动的这一定理，在N区的电子会向P区移动，同样P区的空穴会向N区移动。

扩散的电子和空穴在接触时会结合，这就是我们熟悉的PN结，也叫耗尽层。

由上图示意可以发现，在PN结的区域，在P区（左）会留下许多负电荷，也就是P-离子。在N区（右）会留下许多正电荷，也就是N+离子，因此在PN结区域，内建电场的方向是由N区指向P区的，这个内建电场我们称作电势垒。随着扩散运动的进行，电势垒会一直增大，但却不是能无限增大的。由电学分析可知，这个内建电场其实是在阻碍电子与空穴的运动的。所以当电势垒到达某一个值的时候，此时扩散的电子和空穴会非常少，与两边的少数载流子在电场力的作用下所做的漂移运动刚好实现动态平衡，因此此时PN结的宽度不会再增加，电势垒也不会再增加。

由于最初时，两端的多数载流子浓度不一定相同，对于PN结而言，多数载流子浓度高的一方的耗尽层宽度会窄，多数载流子浓度低的一方的耗尽层宽度会宽。

正向导电特性 

我们将P区连接电源的正极，N区连接电源的负极，这种情况称之为PN结的正向偏置。

由于空穴的移动是相对于电子的反向运动，所以我们可以将电池看作向N区源源不断输送电子，向P区输送空穴。因此位于N区的电子浓度和位于P区的空穴浓度都会增加。由我们前面的分析可知，耗尽层的宽度与多数载流子的浓度是成反比的，因此耗尽层的宽度此时会变窄，因此耗尽层中的正负电荷都会减少，因此内建电场减小，因此漂移运动减弱，因此动态平衡被打破，此时漂移运动<扩散运动。这一系列因果关系需要好好理清下。由于电池持续向N区提供电子，向P区提供空穴，我们把空穴运动反向变为电子的运动，会发现此时电子运动的方向与电源供电工作方向一致，因此此时正向导电。

反向不导电特性

我们将电池方向反向，负极接P区，正极接N区。此时流入P区的电子会和其中的空穴结合，流入N区的空穴会和其中的电子结合，因此导致两区的多数载流子浓度都降低，因此耗尽层宽度增加，阻碍了扩散运动，由于没有多子的形成和扩散，也就不会有以多子移动而产生的电流了，此时PN结不导电。