二极管(Diode),是一种只允许电流由单一方向流过的半导体器件 。从二极管内部PN结引出两个接线端子,当外加适当正向电压时,二极管会导通,电流从阳极流向阴极,相反,在外加适当反向电压时,二极管会截止而没有电流通过,这就是单向导电性 。
它的原理图符号如下图所示:
要理解二极管的单向导电特性,首先了解组成二极管的半导体材料:硅与锗 。
物质是由原子组成的,而原子由原子核与电子组成,原子核带正电,电子带负电,在正常情况下,原子核与电子的带电数是一样的,由于正负抵消,整个原子呈现电中性,即对外不显电性 。
通常电子以原子核为中心运动,这与太阳系中的行星绕着太阳公转一样,如下图所示:
我们也常用下图描述电子与原子核之间的关系:
原子核外围的电子排列是有一定的规律,我们以下面这种方式来表达 。
虽然看不懂你在说什么,但好像很厉害的样子,好在我们只需要了解最外层电子数,如上图所示,最外层电子数为3
材料的稳定性由最外层电子数决定,一般最外层电子数少于4时为金属性,大于4时为非金属性,最外层电子数为8时最稳定,而当最外层电子数为4时,这种材料即容易失去电子,又容易得到电子 。
我们的故事就是从最外层电子数为4的材料开始的,它们通常是硅(Si)或锗(Ge),它们的原子结构如下所示:
下面我们以硅材料为例进行讲解 。
当一大堆的硅元素在一起生活时,由于每个硅元素的最外层电子数都是4,这种状态是很不稳定的,大家虽然财力是一样的,你不喜欢我,我也不是很瞧得起你,但既然要长久地生活在同一片天空,还是要忍辱负重形成一种相对稳定的状态 。前面我们提到最外层电子数为8是比较稳定的,于是它们商量了一下,与周围的每个人共用一个电子,这样每个硅元素的最外层电子数都最是8,达到了相对比较稳定的状态,如下图所示:
其中,被两方共用的电子称为价电子,而那一对电子形成共价键连接相邻的两个原子 。
如果不出意外的话,这些生活在一起的硅元素必将和平共处相安无事,直到世界的尽头,但是理想很丰满,现实是骨感的,这种共价键的连接方式不是很稳定,它对温度与光线很敏感!
如下图所示,当受到温度或光线的挑拨离间时,硅元素之间的共价电子会获得足够的能量从共价键中跳出来,我们将跳出来的电子称为自由电子,而将该电子原来的位置称为空穴(也就是座位了)
这些跳出的电子一旦多了起来,相应的空穴也会多起来,在外加电场或其它能源的作用下,邻近价电子就可以填补到这个空位上,而在这个价电子原来的位置上就留下新的空位,以后其它电子又可转移到这个新空位上,这样就使共价键中出现一定的电荷,如下图所示:
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