二极管的单向导电性
一块完整的半导体，可以用掺杂的办法做成一边是N型、另一边是P型的，两者交界面就形成一个PN结，如图1所示。将P型半导体端接电池正极，N型端接电池负极（图1a），这时可以看到指示灯发亮，说明半导体呈现电阻很小，电流畅通。再将电地反接，如图1b，指示灯不亮，说明半导体呈现电阻很大，电流不通。这种只允许单方向电流通过的特性，叫做单向导电性，也就是说PN结具有单向导电特性。
PN结的单向导电性，使它具备了作为整流器或检波器的最基本功能。当它和交流电源相连接时，如图2所示，某一时刻交流电源是正半周时，电路相当于图1a情况，PN结加上正向电压而导通，负载R上有电流通过；交流电源是负半周时，相当于图1b情况，PN结不通，负载R上没有电流通过，因而最后在R两端得到的是已切掉了负半周的正向脉动电流了，这就是PN结的整流作用。
PN结为什么具有单向导电性呢？这就要从半导体中截流子的运动来解释。
我们知道，物质总是由浓度大的地方向浓度小的地方运动的，这种现象叫做扩散运动。在日常生活中我们经常可以碰到这种现象：例如我们走近食品厂时，可闻到蛋奶香味，这是气体分子的扩散运动造成的，当我们把墨汁滴入清水中时，可以看到墨汁在水中逐渐散开来，这是液体分子的扩散现象。P型半导体与N型半导体接合在一起，在交界面上亦会产生扩散现象，如图3所示，空穴载流子会从空穴浓度大的P型区向N型区扩散，而电子载流子则会从电子浓度大的N型区向P型区扩散。随着扩散的进行，交界面P型这一边由于跑掉了空穴而出现一层带负电的离子区，而N型区一边则由于跑掉了电子而出现带正电的离子区，于是在交界面两侧同时出现带电的薄层空间，叫空间电荷区或阻挡层，一般所说的PN结就是指这层阻挡层（图3b）。由于阻挡层P区一侧带负电荷，而N区一侧带正电荷，因而产生了一个电场，叫做结电场，其电场力的作用方向正好与载流子的扩散方向相反。在这个电场力的作用下，阻止P区空穴向N区扩散、 N区电子向P区扩散，甚至已经扩散过来的载流子又要被推回去，这种在电场力作用下载流子的运动，叫做漂移运动。显然，开始时扩散运动占优势，当阻挡层越来越厚时，随之建立起来的结电场也愈来愈强，使漂移运动加剧，最后使扩散与漂移达成平衡。
这时如果给PN结加上正向电压，如图1a，由于外加电场与结电场方向相反，因而削弱了结电场，有利于扩散；并且由于P区加正电压、N区加负电压，使P区的空穴和N区的电子不断被驱赶到交界面，正好与阻挡层的电子和空穴复合，从而使阻挡层变薄、结电阻减小、载流子畅通，形成较大电流。
如果给PN结加上反向电压，如图1b，由于外加电场与结电场方向一致，使阻挡层变厚、结电阻变大，其结果正好与上述情况相反。
一个PN结就可以做成一个二极管，所以二极管就具有单向导电的特性。
二极管的结构
二极管实际上就是一个PN结加上正负电极引线，用玻璃、陶瓷或金属管壳封装而成的。二极管种类很多，按照PN结的结构来分，主要有点接触型和面接触型两种。
图4a是点接触型二极管（如2AK、2AP型等）的内部结构。其中晶片可以是锗、硅或其它半导体料，金属触丝可根据需要采用钨丝、金丝、镀金丝、钼丝或磷铜丝等，在触丝与半导体材料接触处形成PN结。这种二极管，由于PN结面积甚小，可以工作在很高的频率，但允许通过的电流较小，一般在毫安量级，主要用于小电流整流和高频检波、鉴频、限幅等等。
图4b是面接触型二极管（如2CZ、2CP型等）的内部结构。其中2CZ型结面积大，允许通过大电流（数安培，甚至数百安培），主要用作大功率整流管。2CP型的结面积较小，允许通过电流不大，但工作频率较高些。
图4c是二极管符号，它形象地表示了二极管正向导通时的电流方向。三角形端为正极，三角尖所指直线即为负极。由于二极管种类繁多，为便于使用，往往将符号或标记印在管壳上。
如果二极管管壳无正、负极标记时，可用普通万用表测它的正、反向电阻来判断。如图5所示，将万用表欧姆档拨到Ω×100量程，用表笔测二极管两端，当测得电阻较小时（常见的普通二极管正向电阻约几百欧，2CP型的约1千欧），黑笔（即万用表“-”端）所搭的一端为二极管正端。这是由于黑表笔在万用表内是接到表内电池正端的，而红表笔则接电池负端，所以只有将黑表笔搭到二极管正端时，二极管才正向导通，呈现较小的正向电阻。反之，则呈现较大反向电阻（约几百千欧或几十千欧）。
二极管的特性曲线和参数
二极管的单向导电特性，可用图6所示的电压——电流关系曲线、即二极管伏安特性曲线来进一步描述。
图6坐标0点，表示当二极管两端不加电压时，二极管中没有电流通过。
当二极管加上正向电压时，就有正向电流通过。图6中OA段较平坦，说明在这一段范围内，随正向电压增加，二极管电流增加甚微。这是因为所加正向电压尚小，不足以克服结电场对载流子扩散的阻挡作用，因而正向电流很小。当外加正向电压继续增加到一定数值后（硅管约0.7伏，锗管约0.3伏），结电场几乎被完全抵消，因而二极管内阻很小，正向电流急剧增大，如图6中AB段所示，曲线很陡，电流与电压的关系近似直线性关系。对应于B点的电流I\(_{F}\)叫做二极管额定工作电流，或称最大整流电流。实际应用时，如果电流超过了额定值IF，二极管发热太多，一旦超过规定温度（一般规定硅管为140℃），PN结就会烧毁。B点的电压V\(_{F}\)为二极管额定电流时的正向管压降。
图7是在不同环境温度下，二极管的正向伏安特性。从图中可看出，对应于同一正向电压V\(_{F}\)，随温度的升高，管子的正向电流急剧增加，甚至会超过额定的工作电流值。如果电流保持恒定不变，那末随温度升高管子的正向压降会减小。
当二极管两端加上反向电压时，PN结阻挡层加宽，二极管呈现很大的反向电阻，即处于截止状态。但由于P区总还存在少数电子，N区亦存在少数空穴，所以在反向电压作用下仍会有微小的反向电流，只不过由于载流子数量有限，反向电压虽有增加，反向电流几乎不变，如图6中OC段曲线所示。反向电流I\(_{R}\)也可叫做反向饱和电流，反向饱和电流大则说明二极管单向导电性能差。显然，反向饱和电流越小越好，一般硅二极管约在几十微安以下，锗二极管约有几百微安。反向饱和电流受温度影响也极大，它随温度升高而急增。
当二极管反向电压超过V\(_{R}\)时（图6中C点），反向电流急剧增大，二极管被反向击穿，VR叫做反向击穿电压。这是由于少数载流子在反向强电场作用下高速运动，将被束缚的电子撞击出来，被撞出来的电子又高速度地去撞击其它被束缚电子，如此连锁反应像雪崩一样，叫做雪崩击穿。反向击穿电压也和环境温度关系极大，随温度升高，反向击穿电压将降低。
额定电流I\(_{F}\)，正向管压降VF，反向饱和电流I\(_{R}\)和反向击穿电压VR是二极管的四个最基本的参数，都可以在半导体手册中查到，在使用二极管时都应留有余量。（金国钧 编译）