(为什么pn结具有单向导电性？)

作者：Xie M. X. (UESTC，成都市)

p-n结的正向导电性很好，反向导电性很差，这就是p-n结的单向导电性；即pn结的正向电流随电压很快上升（指数函数式增大），并且电流很大；而反向电流很小，并且与电压基本上无关（在理想情况下，反向电流是饱和电流）。

造成p-n结具有单向导电性的根本原因，就在于其中势垒区的高度和厚度随着不同方向外加电压的作用而发生不同变化的结果。

（1）正向导电：在正向电压下，pn结的势垒高度降低（势垒厚度也减薄），即发生载流子注入现象（n区电子往p区注入，p区空穴往n区注入）；注入的少数载流子首先在势垒区边缘积累，并一边复合、一边向内部扩散，则在扩散区中形成一定的浓度分布；然后借助于这种少数载流子分布的浓度梯度而产生扩散电流——输出正向电流。总的输出电流就等于两边的少数载流子各自的扩散电流之和。可见，p-n结的正向电流是少数载流子的扩散电流，并且与pn结两边扩散区中少数载流子的浓度梯度成正比。

由于扩散区中少数载流子的浓度梯度与注入到势垒边缘处的少数载流子浓度成正比，但该边缘处注入（增加）的少数载流子浓度则与势垒降低的高度有指数函数关系（Boltzmann分布的结果），而势垒高度的降低又与正向电压成正比，所以p-n结的正向电流随着正向电压的增大而指数函数式增加。

（2）反向导电：在反向电压下，pn结的势垒高度增大（势垒厚度也增宽），即发生载流子抽出现象（从p区中抽出电子，从n区中抽出空穴）。因为从势垒边缘处能够抽出的少数载流子数量很少；而且在抽出的同时，扩散区内部的少数载流子还不断地补充到边缘来，维持一定的浓度梯度，从而产生反向扩散电流——反向电流。因此pn结的反向电流一定很小，并且也是少数载流子的扩散电流。

同时，由于这时反向电压只是影响到势垒区中的电场，而并不影响抽出少数载流子的数量和浓度梯度，所以反向电流与电压无关——电流饱和。总之，pn结的反向电流，在性质上，同正向电流一样，也是少数载流子的电流，并且也是扩散电流；但是反向电流与外加电压无关，即是所谓反向饱和电流。

【说明】其他电流成分：

通过p-n结的正向电流和反向电流，虽然主要都是少数载流子电流，并且都是扩散电流。但实际上也往往包含有一些其他性质的次要电流成分；这里值得重视的一种电流就是p-n结势垒区中复合中心的复合-产生电流。

在p-n结势垒区中总是或多或少地存在一些复合中心（由有害的杂质、缺陷所造成）。在正向电压下，即有大量载流子通过势垒区，则这些复合中心就将要复合载流子而产生额外的所谓复合电流；于是，在总的正向电流中就需要加上这部分复合电流。不过，对于Si-pn结，复合电流一般所占的比例较小，只有在小电流时，复合电流才显得突出而重要。（BJT在小电流时的电流放大系数较低，其主要原因就是发射结复合电流的影响。）

在反向电压下，pn结势垒区中更加缺乏载流子，则势垒区中的复合中心将要产生出额外的载流子和相应的反向电流。因此，总的反向电流就包含有扩散电流和产生电流两个成分。

对于Si-pn结，由于其反向扩散电流通常都很小，所以复合中心的产生电流往往是其反向电流的主要成分；也正因为如此，Si-pn结的反向电流实际上并不饱和——随电压而线性地增大（因为势垒厚度随电压而增大的缘故）。