芯片中的二极管到底是如何实现单向导电的
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发布时间：2022-11-07 07:50
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时间：2023-11-01 19:56
晶体管是构建芯片的基石，一块芯片上集成有几十亿甚至上百亿的晶体管。芯片可以说相当于人类的大脑，那么晶体管也就相当于人脑的神经元。
我们知道芯片是用来处理二进制数字信号，它可以将二进制数字信号转换成我们能够看懂的信息，芯片又是通过晶体管管来完成二进制数字信号的转换，晶体管中的二极管的单向导电对二进制的转换起着决定性的作用。那么二极管又是如何单向导电的呢？
以下内容将为大家解开疑惑。
01 P型与N型半导体
二极管分别由P型半导体和N型半导体组成。P型半导体是在硅中掺杂了硼，N型半导体是在硅中掺杂磷。我们知道硅原子最外层有4个电子，而硼的原子最外层只有3个电子，4个电子无法与3个电子完全配对，就会形成一个空穴，在P型半导体中若有多个硼原子就会有多个空穴。磷最外层电子为5个，与最外层只有4个电子的硅配对后，还会多出一个自由电子，在N型半导体中若有多个磷原子就会有多个自由电子。
02 PN结
但是在P型和N型半导体交界面处会发生电子和空穴的扩散，靠近交界处的N型区中的自由电子越过交界面扩散到P型区，靠近交界处的P型区的空穴越过交界面扩散到N型区。扩散之后，N型区的磷失去了电子，就会变为带正电荷的磷离子，P型区的硼跑掉了一部分空穴而得到了电子，就变为了带负电荷的硼离子。从而扩散后在交界面处就形成了PN结。在PN 结内，由于存在了正负电荷，就会产生一个由正电荷指向负电荷（N区指向P区）的电场，称为内建电场（又称势垒电场)。由于势垒的存在就阻挡了其他载流子（电子或离子）的进一步迁移，会使PN结处于稳定状态。
03 PN结单向导电原理
假如我们在连接好的P型N型半导体两端加一电压，使N端接正极，P端接负极，就会在P型N型半导体处形成一外加电场，那么此时的外加电场方向与内建电场的方向相同，N型中的负电载流子会向电源正极方向迁移，而P型中的正电载流子会向电源负极方向迁移，结果就是使势垒电场范围扩大，即PN结扩大，从而使电流很难通过二极管。
若我们使N端接负极，P端接正极，此时的内建电场会与外加电场方向相反。若两部分电场强度相当则会相互抵消，不会有电流通过。若外加电场强度大于内建电场，内部载流子就会突破势垒的阻碍，N区内的负电载流子大量流入电源正极，P区内的正电载流子大量流入负极，这时就形成了电流。
