二极管的电容效应、等效电路及开关特性全面解析

一、二极管的电容效应

二极管具有电(dian)(dian)(dian)容(rong)效应。它的电(dian)(dian)(dian)容(rong)包括势垒电(dian)(dian)(dian)容(rong)CB和(he)扩散电(dian)(dian)(dian)容(rong)CD。

1.势垒(lei)电容CB(Cr)

PN结(jie)(jie)(jie)内缺少(shao)导(dao)电(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)载(zai)流子，其电(dian)(dian)(dian)(dian)导(dao)率(lv)很(hen)低，相当(dang)(dang)于(yu)介质;而PN结(jie)(jie)(jie)两(liang)侧的(de)P区、N区的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)导(dao)率(lv)高，相当(dang)(dang)于(yu)金属导(dao)体。从这一结(jie)(jie)(jie)构来看，PN结(jie)(jie)(jie)等(deng)效于(yu)一个电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器。事实(shi)上，当(dang)(dang)PN结(jie)(jie)(jie)两(liang)端加正向(xiang)电(dian)(dian)(dian)(dian)压时，PN结(jie)(jie)(jie)变(bian)窄(zhai)，结(jie)(jie)(jie)中(zhong)空(kong)间(jian)电(dian)(dian)(dian)(dian)荷量(liang)减少(shao)，相当(dang)(dang)于(yu)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)"放电(dian)(dian)(dian)(dian)"，当(dang)(dang)PN结(jie)(jie)(jie)两(liang)端加反向(xiang)电(dian)(dian)(dian)(dian)压时，PN结(jie)(jie)(jie)变(bian)宽，结(jie)(jie)(jie)中(zhong)空(kong)间(jian)电(dian)(dian)(dian)(dian)荷量(liang)增多(duo)，相当(dang)(dang)于(yu)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)"充电(dian)(dian)(dian)(dian)"。

这种(zhong)现象可以(yi)用一个电(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)来模(mo)拟，称为势(shi)(shi)(shi)垒(lei)电(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)。势(shi)(shi)(shi)垒(lei)电(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)与普通电(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)不同之处，在于它的电(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)量并非常数，而是(shi)与外加(jia)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)有关。当外加(jia)反(fan)向电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)增大(da)时，势(shi)(shi)(shi)垒(lei)电(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)减(jian)小;反(fan)向电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)减(jian)小时，势(shi)(shi)(shi)垒(lei)电(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)增大(da)。目前(qian)广泛应用的变(bian)容(rong)(rong)二极(ji)管，就(jiu)是(shi)利(li)用PN结电(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)随外加(jia)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)变(bian)化的特(te)性制成的。

2.扩散电容(rong)CDPN

结(jie)正向偏置时，N区(qu)(qu)(qu)的(de)电(dian)(dian)子(zi)向P区(qu)(qu)(qu)扩(kuo)散(san)，在(zai)P区(qu)(qu)(qu)形成一定的(de)非平衡(heng)载流子(zi)的(de)浓度(du)(du)分布，即(ji)靠(kao)近PN结(jie)一侧浓度(du)(du)高，远(yuan)离(li)PN结(jie)的(de)一侧浓度(du)(du)低。显(xian)然，在(zai)P区(qu)(qu)(qu)积累(lei)了(le)(le)电(dian)(dian)子(zi)，即(ji)存(cun)贮(zhu)了(le)(le)一定数(shu)量(liang)的(de)负电(dian)(dian)荷;同样，在(zai)N区(qu)(qu)(qu)也积累(lei)了(le)(le)空(kong)(kong)穴(xue)，即(ji)存(cun)贮(zhu)了(le)(le)一定数(shu)的(de)正电(dian)(dian)荷。当正向电(dian)(dian)压加(jia)大时，扩(kuo)散(san)增(zeng)强，这(zhei)时由(you)N区(qu)(qu)(qu)扩(kuo)散(san)到P区(qu)(qu)(qu)的(de)电(dian)(dian)子(zi)数(shu)和由(you)P区(qu)(qu)(qu)扩(kuo)散(san)到N区(qu)(qu)(qu)的(de)空(kong)(kong)穴(xue)数(shu)将(jiang)增(zeng)多，致使(shi)在(zai)两个区(qu)(qu)(qu)域内形成了(le)(le)电(dian)(dian)荷堆积，相(xiang)当于电(dian)(dian)容器的(de)充(chong)电(dian)(dian)。

相反，当正向电(dian)压减(jian)小时，扩(kuo)(kuo)散减(jian)弱，即(ji)由N区(qu)扩(kuo)(kuo)散到(dao)P区(qu)的电(dian)子(zi)数和(he)由P区(qu)扩(kuo)(kuo)散到(dao)N区(qu)的空穴(xue)数减(jian)少，造成两(liang)个区(qu)域内电(dian)荷的减(jian)少，这(zhei)相当于电(dian)容器放电(dian)。因此，可(ke)以用一(yi)个电(dian)容来模拟，称为(wei)扩(kuo)(kuo)散电(dian)容。

总之，二(er)极管呈现出两种电容，它的总电容Cj相(xiang)当(dang)于两者的并联，即(ji)Cj=CB + CD。二(er)极管正向(xiang)偏(pian)置时，扩(kuo)散电容远大于势垒电容 Cj≈CD ;而反向(xiang)偏(pian)置时，扩(kuo)散电容可以忽略，势垒电容起主(zhu)要(yao)作用(yong)，Cj≈CB 。

二、二极管的等效电路

二极管(guan)(guan)是一个非(fei)线性(xing)(xing)器件，对于非(fei)线性(xing)(xing)电(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)分析与计算是比较复杂(za)的(de)(de)。为了使电(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)分析简化，可以(yi)用线性(xing)(xing)元件组(zu)成的(de)(de)电(dian)(dian)路(lu)来模(mo)拟二极管(guan)(guan)。使线性(xing)(xing)电(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)电(dian)(dian)压、电(dian)(dian)路(lu)关系和二极管(guan)(guan)外特性(xing)(xing)近似(si)一致，那么(me)这个线性(xing)(xing)电(dian)(dian)路(lu)就称(cheng)为二极管(guan)(guan)的(de)(de)等效电(dian)(dian)路(lu)。显然等效电(dian)(dian)路(lu)是在一定条件下(xia)的(de)(de)近似(si)。

二(er)(er)极(ji)管应(ying)用于(yu)直(zhi)流电(dian)(dian)路时(shi)，常用一(yi)个(ge)(ge)理想二(er)(er)极(ji)管模(mo)型来等效，可把它看成(cheng)一(yi)个(ge)(ge)理想开(kai)(kai)(kai)关(guan)。正偏(pian)(pian)时(shi)，相(xiang)当于(yu)"开(kai)(kai)(kai)关(guan)"闭合(ON)，电(dian)(dian)阻(zu)为(wei)零(ling)，压降(jiang)为(wei)零(ling);反偏(pian)(pian)时(shi)，相(xiang)当于(yu)"开(kai)(kai)(kai)关(guan)"断开(kai)(kai)(kai)(OFF)，电(dian)(dian)阻(zu)为(wei)无限(xian)大，电(dian)(dian)流为(wei)零(ling)。由于(yu)理想二(er)(er)极(ji)管模(mo)型突出表(biao)现了二(er)(er)极(ji)管最基本的特性(xing)--单向导电(dian)(dian)性(xing)，所(suo)以(yi)广泛应(ying)用于(yu)直(zhi)流电(dian)(dian)路及开(kai)(kai)(kai)关(guan)电(dian)(dian)路中。

在(zai)(zai)直流电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)中如(ru)果考虑(lv)到二极(ji)管(guan)(guan)的电(dian)(dian)(dian)阻(zu)和门限电(dian)(dian)(dian)压(ya)的影响。实际(ji)二极(ji)管(guan)(guan)可(ke)用图Z0112所示的电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)来(lai)等效。在(zai)(zai)二极(ji)管(guan)(guan)两端加直流偏置电(dian)(dian)(dian)压(ya)和工(gong)作在(zai)(zai)交流小(xiao)信号的条件下，可(ke)以用简化的电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)来(lai)等效。图中rs为(wei)二极(ji)管(guan)(guan)P区(qu)和N区(qu)的体电(dian)(dian)(dian)阻(zu)。

三、二极管的开关特性

二极(ji)管(guan)正(zheng)(zheng)偏时(shi)(shi)(shi)(shi)导(dao)通(tong)，相当(dang)于开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)的(de)接(jie)通(tong);反(fan)(fan)偏时(shi)(shi)(shi)(shi)截止(zhi)相当(dang)于开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)的(de)断开(kai)(kai)(kai)(kai)，表明二极(ji)管(guan)具有开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)特性。不(bu)过一(yi)个理想的(de)开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)，在(zai)接(jie)通(tong)时(shi)(shi)(shi)(shi)开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)本(ben)身电(dian)(dian)阻(zu)(zu)为(wei)零(ling)，压(ya)降为(wei)零(ling)，而断开(kai)(kai)(kai)(kai)时(shi)(shi)(shi)(shi)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)为(wei)无穷大，电(dian)(dian)流为(wei)零(ling)，而且要求在(zai)高速开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)时(shi)(shi)(shi)(shi)仍具有以上特性，不(bu)需要开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian)。但实(shi)际二极(ji)管(guan)作为(wei)开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)运用，并不(bu)是太理想的(de)。因为(wei)二极(ji)管(guan)正(zheng)(zheng)向(xiang)(xiang)(xiang)导(dao)通(tong)时(shi)(shi)(shi)(shi)，其正(zheng)(zheng)向(xiang)(xiang)(xiang)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)和正(zheng)(zheng)向(xiang)(xiang)(xiang)降压(ya)均不(bu)为(wei)零(ling);反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)戳止(zhi)时(shi)(shi)(shi)(shi)，其反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)也不(bu)是无穷大，反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)电(dian)(dian)流也不(bu)为(wei)零(ling)。并且二极(ji)管(guan)开(kai)(kai)(kai)(kai)、关(guan)(guan)状态的(de)转换需要一(yi)定时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian).这就限制了它的(de)开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)速度。因此作开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)时(shi)(shi)(shi)(shi)，应选用正(zheng)(zheng)向(xiang)(xiang)(xiang)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)RF小、反(fan)(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)电(dian)(dian)阻(zu)(zu)RR大、开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)时(shi)(shi)(shi)(shi)间(jian)小的(de)开(kai)(kai)(kai)(kai)关(guan)(guan)二极(ji)管(guan)。

续流二(er)极(ji)管(guan)的(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)如(ru)下：快恢复二(er)极(ji)管(guan)主要用(yong)(yong)作(zuo)续流二(er)极(ji)管(guan)，与快速(su)开(kai)关(guan)三极(ji)管(guan)并联后面(mian)(mian)带感(gan)性负载(zai)，如(ru)Buck，Boost变换器的(de)(de)电感(gan)、变压器和电机，这些(xie)电路大部分是(shi)(shi)用(yong)(yong)恒(heng)脉脉宽调制控制，感(gan)性负载(zai)决定(ding)了(le)流过续流二(er)极(ji)管(guan)的(de)(de)电流是(shi)(shi)连续的(de)(de)，三极(ji)管(guan)开(kai)通时，续流支路要截止以防短(duan)路，下面(mian)(mian)例子给出了(le)三极(ji)管(guan)与续流二(er)极(ji)管(guan)的(de)(de)相互作(zuo)用(yong)(yong)。

图1是简化的(de)Buck电(dian)(dian)路。其(qi)输出电(dian)(dian)压(ya)(ya)Vout低于输入电(dian)(dian)压(ya)(ya)Vin。图2是T1的(de)控制信(xin)号和T1，D1的(de)电(dian)(dian)压(ya)(ya)、电(dian)(dian)流(liu)波形。有源器(qi)件T1，D1的(de)开通关断相(xiang)位如下：

T0时刻T1有开(kai)通(tong)信号。输(shu)入电压Vin加在L，Cout的(de)串联支路，使(shi)iL线性增(zeng)加。电感L和Vout决定电流，过(guo)一段时间后(hou)控(kong)制(zhi)器(qi)使(shi)T1关断(duan)，在断(duan)续工作时，电感L储能(W=0.5LiL2)通(tong)过(guo)续流支路传送到Cout。在t2时刻T1再次开(kai)通(tong)，整个过(guo)程重复。

二极管(guan)的开关过程可分(fen)为四(si)部(bu)分(fen):A.T1导(dao)通时二极管(guan)阻(zu)断;B.阻(zu)断到导(dao)通时间;开通;C.T1关断，二极管(guan)导(dao)通;D.导(dao)通到关断瞬(shun)间;关断。

A. 阻断(duan)MOFET导通时(shi)，二(er)极(ji)管(guan)两端的反压(ya)是Vin。与所有(you)的半(ban)导体一(yi)样，二(er)极(ji)管(guan)的阳极(ji)到阴极(ji)有(you)一(yi)个小(xiao)电(dian)流(耐电(dian)流IR)，漏(lou)电(dian)流由阻断(duan)电(dian)压(ya)，二(er)极(ji)管(guan)芯片工作(zuo)温度(du)和(he)二(er)极(ji)管(guan)制作(zuo)技(ji)术(shu)决定。反向电(dian)压(ya)导致的总功率损耗是：PSP=VIN·IR

B. 开(kai)(kai)通三极(ji)管(guan)(guan)T1关断(duan)瞬间(jian)，电感电流(liu)iL保(bao)持(chi)不变。二极(ji)管(guan)(guan)两端电压逐(zhu)渐减小(xiao)，电流(liu)逐(zhu)渐上升。D1的电流(liu)上升时(shi)间(jian)等于T1的电流(liu)下降时(shi)间(jian)。关断(duan)时(shi)在pn结(jie)(jie)存储的大量电荷被载流(liu)子带走，使(shi)得电流(liu)上升时(shi)pn结(jie)(jie)的电阻减小(xiao)，二极(ji)管(guan)(guan)开(kai)(kai)通时(shi)有电压尖峰，由芯(xin)片温度、-diF/dt和芯(xin)片工艺决定。

正向(xiang)电压尖峰与反(fan)向(xiang)电压相比很小(<50V)，应(ying)用(yong)时不(bu)影响(xiang)二极管的(de)工作(图(tu)7中的(de)D1波形)。但是二极管的(de)开通电压尖峰增(zeng)加了(le)三(san)极管的(de)电压应(ying)力和关断(duan)损耗。

电压尖峰(feng)VFR决定了(le)二极管的开(kai)通(tong)捌耗。这些(xie)损(sun)耗随开(kai)关频(pin)率线性增加(jia)。

C. 通态(tai)(tai)二极管导通正向电(dian)流(liu)(liu)lF，pn结(jie)的(de)门(men)限(xian)电(dian)压(ya)(ya)和半导体的(de)电(dian)阻决定(ding)正向压(ya)(ya)降(jiang)VF。这个电(dian)压(ya)(ya)由芯片温度、正向电(dian)流(liu)(liu)IF和制造工艺决定(ding)。利用数据手册中的(de)VTO和rT可以计算正向压(ya)(ya)降(jiang)和通态(tai)(tai)损耗。

图3所示正(zheng)向压降的简(jian)化(hua)模(mo)型是：VF=rT·IF+VTO

相应的通(tong)态损耗是(shi)：

计算出来的损耗只是(shi)近似(si)值，因为VTO和rT随(sui)温度变化，而(er)给出的只是(shi)在一定温度下(TVJM的参考值。

D. 关(guan)断(duan)与(yu)通(tong)态(tai)特(te)性(xing)不同，高频应用时二极管的选(xuan)择是否合适主要取决(jue)于关(guan)断(duan)特(te)性(xing)的参数(shu)，三(san)极管开通(tong)时，电流IF的变化率(lv)等(deng)于三(san)极管电流上升率(lv)di/dt。如果使用MOSFET或(huo)IGBT，其(qi)-diF/dt很容(rong)易(yi)超过1000A/μs。前面(mian)提(ti)到，二极管恢复(fu)阻断(duan)能力前必(bi)须(xu)去除通(tong)态(tai)时存(cun)储在pn结(jie)的载流子。这(zhei)就会产生反向恢复(fu)电流，其(qi)波(bo)形取决(jue)于芯片温(wen)度、正向电流IF，-diF/dt和(he)制造工艺。

图4是(shi)正(zheng)向特性(xing)相同的金掺杂和(he)铂掺杂外延型二极管不(bu)同温度下(xia)的反向恢复电流(liu)。

相同(tong)温(wen)度下(xia)不同(tong)制造工艺的(de)二极管的(de)反向恢复特性明显不同(tong)。

铂掺杂二(er)极(ji)管(guan)反向(xiang)恢复(fu)电流的减(jian)小速度很快(图5(b))，可控(kong)少数(shu)载(zai)流子的金掺杂二(er)极(ji)管(guan)的恢复(fu)特性较(jiao)软(图5(a))。

恢复电(dian)流减小得很快，线路中分布电(dian)感(gan)导致的(de)(de)电(dian)压尖峰(feng)越高。如果最大电(dian)压超过三极管的(de)(de)耐压值(zhi)，就必(bi)须(xu)使用(yong)吸(xi)收电(dian)路以保障(zhang)设备的(de)(de)安全工(gong)作。而且过高的(de)(de)du/dt会导致EMI/RFI问题(ti)，在RFI受限的(de)(de)地(di)方(fang)要使用(yong)复杂(za)的(de)(de)屏(ping)蔽(bi)。

二极(ji)管(guan)的(de)反(fan)向恢(hui)复电(dian)流(liu)不仅会增加二极(ji)管(guan)的(de)关断(duan)损(sun)耗。还(hai)会增加三(san)极(ji)管(guan)的(de)开通损(sun)耗，因为它也(ye)是(shi)二极(ji)管(guan)的(de)反(fan)向电(dian)流(liu)。图6(a)和(b)表(biao)明(ming)三(san)极(ji)管(guan)开通电(dian)流(liu)是(shi)电(dian)感电(dian)流(liu)加上二极(ji)管(guan)的(de)反(fan)向恢(hui)复电(dian)流(liu)，而(er)且开通时间受trr影响(xiang)会增大。

图6(a)和(b)重点说(shuo)明软(ruan)恢(hui)复(fu)特(te)性时低(di)(di)恢(hui)复(fu)电(dian)流的好(hao)处(chu)。首先，软(ruan)恢(hui)复(fu)特(te)性的金掺杂二极管(guan)(guan)的电(dian)压(ya)尖峰较小和反向(xiang)恢(hui)复(fu)电(dian)流较小。因此(ci)二极管(guan)(guan)有低(di)(di)关断损(sun)耗(hao)(hao)。其次，低(di)(di)反向(xiang)恢(hui)复(fu)电(dian)流可减小三极管(guan)(guan)的开通损(sun)耗(hao)(hao)。因此(ci)，二极管(guan)(guan)的选择直接决定了(le)两个(ge)器件的功(gong)率损(sun)耗(hao)(hao)。

二极管的工作原理

二极管的主(zhu)要(yao)原理就(jiu)是利用PN结(jie)的单向导电性，在PN结(jie)上(shang)加上(shang)引线和封装就(jiu)成了一个二极管。

晶体(ti)(ti)(ti)二极管(guan)为一个由(you)P型(xing)半导(dao)体(ti)(ti)(ti)和N型(xing)半导(dao)体(ti)(ti)(ti)形成(cheng)的(de)PN结，在其界(jie)面处两侧形成(cheng)空间电(dian)荷层(ceng)，并建(jian)(jian)有自(zi)建(jian)(jian)电(dian)场(chang)。当不存在外加电(dian)压时，由(you)于(yu)PN结两边载流子浓度差引起的(de)扩散电(dian)流和自(zi)建(jian)(jian)电(dian)场(chang)引起的(de)漂(piao)移电(dian)流相等而(er)处于(yu)电(dian)平(ping)衡状态。

当外(wai)界有正向(xiang)(xiang)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)偏(pian)置时(shi)，外(wai)界电(dian)(dian)(dian)(dian)场(chang)和自建(jian)电(dian)(dian)(dian)(dian)场(chang)的(de)互相抑消作用使载(zai)流(liu)(liu)子(zi)的(de)扩散电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)增加引起了正向(xiang)(xiang)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)。当外(wai)界有反向(xiang)(xiang)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)偏(pian)置时(shi)，外(wai)界电(dian)(dian)(dian)(dian)场(chang)和自建(jian)电(dian)(dian)(dian)(dian)场(chang)进一步加强，形成在一定(ding)反向(xiang)(xiang)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)范围内(nei)与(yu)反向(xiang)(xiang)偏(pian)置电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)值(zhi)无关的(de)反向(xiang)(xiang)饱和电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)。

当外加的(de)反向电(dian)压高到一(yi)定程度时，PN结空(kong)间电(dian)荷层(ceng)中的(de)电(dian)场强度达(da)到临界值产生载(zai)流子(zi)的(de)倍(bei)增(zeng)过程，产生大量电(dian)子(zi)空(kong)穴对，产生了数值很大的(de)反向击(ji)穿(chuan)(chuan)电(dian)流，称为二极管的(de)击(ji)穿(chuan)(chuan)现象(xiang)。PN结的(de)反向击(ji)穿(chuan)(chuan)有齐纳(na)击(ji)穿(chuan)(chuan)和雪崩击(ji)穿(chuan)(chuan)之分。

PN结形成原理

P型半(ban)导体(ti)(ti)是在本征半(ban)导体(ti)(ti)（一种完(wan)全纯净的、结构完(wan)整的半(ban)导体(ti)(ti)晶体(ti)(ti)）掺入少量三价元素杂质，如硼(peng)等。

因硼(peng)原子(zi)只有(you)三个(ge)价(jia)电(dian)(dian)(dian)子(zi)，它(ta)与(yu)周围(wei)的硅(gui)原子(zi)形成(cheng)共价(jia)键(jian)，因缺少(shao)一个(ge)电(dian)(dian)(dian)子(zi)，在晶体中便产(chan)生一个(ge)空位，当(dang)相邻共价(jia)键(jian)上的电(dian)(dian)(dian)子(zi)获得(de)能量时就有(you)可能填(tian)补这(zhei)个(ge)空位，使硼(peng)原子(zi)成(cheng)了(le)不(bu)能移动的负离子(zi)，而(er)原来的硅(gui)原子(zi)的共价(jia)键(jian)则因缺少(shao)一个(ge)电(dian)(dian)(dian)子(zi)，形成(cheng)了(le)空穴(xue)，但整(zheng)个(ge)半导体仍呈(cheng)中性。这(zhei)种P型半导体中以空穴(xue)导电(dian)(dian)(dian)为(wei)主，空穴(xue)为(wei)多数载(zai)流(liu)子(zi)，自由电(dian)(dian)(dian)子(zi)为(wei)少(shao)数载(zai)流(liu)子(zi)。

N型半(ban)导(dao)体形成(cheng)的原(yuan)理(li)和P型原(yuan)理(li)相(xiang)似(si)。在(zai)本(ben)征半(ban)导(dao)体中掺入五价原(yuan)子(zi)(zi)，如磷等(deng)。掺入后，它与(yu)硅原(yuan)子(zi)(zi)形成(cheng)共价键，产生了自由电子(zi)(zi)。在(zai)N型半(ban)导(dao)体中，电子(zi)(zi)为多(duo)数载流子(zi)(zi)，空穴为少数载流子(zi)(zi)。

因此(ci)，在本(ben)征半导(dao)体的两个不同区域掺入(ru)三(san)价和五价杂质(zhi)元素，便形(xing)成了P型(xing)区(qu)(qu)和N型(xing)区(qu)(qu)，根据N型(xing)半导体和P型(xing)半导体的(de)特性，可知在它们的(de)交界处就出现了电子和空穴(xue)的(de)浓(nong)度差(cha)异，电子和空穴(xue)都要从浓(nong)度高的(de)区(qu)(qu)域(yu)向浓(nong)度低的(de)区(qu)(qu)域(yu)扩散，它们的(de)扩散使原来(lai)交界处的(de)电中(zhong)性被破坏。

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