从元素周期表说起半导体为什么单向导电

元素周期表左边的元素一般为导体，因为原子最外层电子少，不稳定，极易容易失去电子元素周期表右边的元素一般为绝缘体，因为原子最外层一般接近八个电子非常稳定，所以很难失去电子。介于两者之间的为半导体。

接下来我们以最常用的硅来解释一下半导体的导电原理。

硅原子 磷原子

这里是一个硅原子，它的最外层有四个电子，纯净的硅晶体是不导电的，因为最外层形成了八个电子，这时候人们想到了磷原子。磷原子最外层有五个电子，人们把磷原子掺入纯净的硅原子中，这样林原子最外层就多出了一个自由电子，我们把这个自由电子叫多子，这样掺杂出来的就是N型半导体。

N取自于Negative的首字母代表的意思是负的，因为N型半导体最外层的自由电子带负电。但N形半导体不具备半导体的性质，比方说当施加向右的电场时，电子向左运动；当施加向左的电场时，电子向右运动。

它是随波逐流的，而半导体是具有单向导电性的，为了能够让硅单向导电，人们又发明了P型半导体。

这次对硅晶体掺杂的是硼原子，硼原子最外层有三个电子，还是沿用原来的老套路，这次我们把硼原子掺杂进硅晶体中。可以看到硼原子最外层不够八个电子，确少的这个空位叫做空穴，这就是P型半导体，P取自于Positive首字母。

N型半导体中有多余的自由电子，P型半导体有多余的空穴，然后我们让两种半导体接触，看看会发生什么。

接触之后，N型半导体中的多子会扩散进P型半导体中的空穴。最重要的是多子的移动方向，它只能从N区移到P区，而不能反向流动，这时候就展示出了半导体的单向导电性。这就是电子学中常说的PN结。

注意：PN结是自然形成的，不需要加电。N型半导体中磷原子失去了电子，所以带正电，P型半导体中硼原子得到了电子，所以带负电，这就在PN结之间形成了内建电场。

内建电场阻碍自由电子向P区扩散，如果我们想让电子持续不断的移向P区就必须给它外加电压，让它突破内建电场的力。

外加电压的方向是P区加正电，N区加负电，只有当外加电压大于内建电场时，电子才会源源不断地流向P区。

为了便于大家理解，我们只用一个电子演示。

如果我们给它施加反向电压，它是不导电的。因为这相当于增加了内建电场，这就是半导体导电的原理。

看到这里，大家可能有一个疑问了，为什么电流是正向流动？而电子和它反向呢？这里是不是弄错了？不是的，这其实是一个历史遗留问题，最开始定义电流的时候就是和电子是反向的，所以就一直沿用到了现在。

接下来我们给两种半导体加一个美丽的外壳，然后再从N区划一条白道的表示负极，最后一道工序给他加上两个引脚，新鲜的二极管就这样出炉了。

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