二極體是很常見的電子元器件，有兩個極，即陰極和陽極，二極體具有單向導電性，電流只能從陽極流向陰極，電壓反向時二極體截止。幾乎所有電子電路中都能找到二極體的身影。

1、材質

1）矽單質

矽原子核外有14個電子，其中最外層有4個電子，在矽單質中，原子和原子之間互相借用電子形成一種穩定的結構。沒有多餘的自由電子，這種穩定結構是不導電的。這裡為了便於理解畫成了平面圖形，如下圖所示：

2）P（positive）型半導體

把硼等3價元素作為雜質參入矽單質中，這種混合體就叫P型半導體，硼原子最外層有3個電子，和矽原子混合後，會有“空穴”產生，空穴能夠承載電子，這種空穴被稱作載流子，因此這種P型半導體是能夠導電的。由於製作工藝、純淨度等因素，在P型半導體中也存在少量自由電子，因此在P型半導體中空穴稱為多子，自由電子稱為少子。注意一點，P型半導體整體不帶電，呈電中性。如下圖所示。

3）N（negative）型半導體

把磷等5價元素作為雜質參入矽單質中，這種混合體就叫N型半導體，磷原子最外層有5個電子，和矽原子混合後，會有多餘的自由電子剩餘，多餘的自由電子也被稱作載流子，因此這種N型半導體也是能夠導電的。由於製作工藝、純淨度等因素，在N型半導體中也存在少量空穴，因此在N型半導體中自由電子稱為多子，空穴稱為少子。注意一點，N型半導體整體不帶電，呈電中性。如下圖所示：

單獨的P型半導體或N型半導體都是不帶電的，不少人認為P型帶正電，N型帶負電，這是錯誤說法，不管是P型還是N型，都是有兩種元素混合到一起的，這兩種元素都是電中性，混合到一起就不是了？

2、載流子運動方式

載流子有兩種運動方式：

擴散：載流子會從高濃度區域向低濃度區域擴散。

漂移：載流子在電場的作用下移動。

載流子包括空穴和電子，實際上擴散和漂移是指的電子，而並非空穴，電子移動到新位置後，新位置從電中性變為帶負電，而電子原來的位置因為電子離開形成帶正電的“空穴”， “看起來”空穴在移動。

3、二極體構成（PN接面）

為了便於理解，簡化了示意圖，左側是P型半導體，含有大量空穴以及極少自由電子，右側N型半導體，含有大量自由電子以及極少空穴。

將N型半導體和P型半導體制作在同一塊矽片上就形成了二極體，如下圖，N型半導體自由電子濃度大，逐漸向P型半導體擴散，與P型半導體中的空穴複合。“看起來”像空穴移動到了N型半導體一側。N型半導體因丟失電子而帶正電，P型半導體因得到電子而帶負電。兩側帶電極性相反，從而建立電場，電場方向由N指向P。電場的建立會使擴散到P區電子返回N區，這就是漂移運動。在這裡擴散和漂移是相反的運動，最終達到動態平衡。產生電場的區域叫做空間電荷區，又叫做耗盡區，也就是經常說的PN接面（PN junction）。

4、二極體正向導通

給二極體施加正向電壓，正向電壓形成的外部電場和內電場方向相反，內部電場受到外部電場“擠壓”，削弱了內部電場，促進了自由電子向P區擴散，也就是說自由電子更容易從N區進入P區，進入P區後N區剩下的空穴由電源提供的自由電子填充，同時擴散到P區的自由電子被電源“吸”出來，留下空穴。就這樣形成電流，二極體實現正向導通。

5、二極體反向截止

給二極體施加反向電壓，反向電壓形成的外部電場和和內部電場方向相同，N區域自由電子被電源拉向電源正極，P區的空穴被電源負極輸出的電子填充，內部電場得到加強，漂移運動加強，空間電荷區變寬。P區空間電荷區中的空穴幾乎都被填滿，空穴失去載流功能，只有數量極少的自由電子，被電場加速進入N區，自由電子原來的位置被電源輸出的電子填充，行成極小反向漏電流。

想了解更多精彩內容，快來關注硬體工程師技術乾貨