什么是二極管？

二極管是最簡(jiǎn)單的一種半導體設備。廣義的半導體是指那些具有可變導電能力的材料。大多數半導體是由不良導體摻入雜質(zhì)（另一種材料的原子）而形成的，而摻入雜質(zhì)的過(guò)程稱(chēng)為摻雜。

就LED而言，典型的導體材料為砷化鋁鎵 (AlGaAs)。 在純凈的砷化鋁鎵中，每個(gè)原子與相鄰的原子聯(lián)結完好，沒(méi)有多余的自由電子（帶負電荷的粒子）來(lái)傳導電流。而材料經(jīng)摻雜后，摻入的原子打破了原有平衡，材料內或是產(chǎn)生了自由電子，或是產(chǎn)生了可供電子移動(dòng)的空穴。無(wú)論是自由電子數目的增多還是空穴數目的增多，都會(huì )增強材料的導電性。

具有多余電子的半導體稱(chēng)為N型材料，因其含有多余的帶負電荷的粒子。在N型材料中，自由電子能夠從帶負電荷的區域移往帶正電荷的區域。

擁有多余空穴的半導體稱(chēng)為P型材料，因為它在導電效果上相當于含有帶正電荷的粒子。電子可以在空穴間轉移，從帶負電荷的區域移往帶正電荷的區域。因此，空穴本身就像是從帶正電荷的區域移往帶負電荷的區域。

一個(gè)二極管由一段P型材料同一段N型材料相連而成，且兩端連有電極。這種結構只能沿一個(gè)方向傳導電流。當二極管兩端不加電壓時(shí)，N型材料中的電子會(huì )沿著(zhù)層間的PN結(junction)運動(dòng)，去填充P型材料中的空穴，并形成一個(gè)耗盡區。在耗盡區內，半導體材料回到它原來(lái)的絕緣態(tài)——即所有的空穴都被填充，因而耗盡區內既沒(méi)有自由電子，也沒(méi)有供電子移動(dòng)的空間，電荷則不能流動(dòng)。

在PN結(junction)內，N型材料中的自由電子填充了P型材料中的空穴。這樣，在二極管的中間就產(chǎn)生了一個(gè)絕緣層，稱(chēng)為耗盡區。

為了使耗盡區消失，必須使電子從N型區域移往P型區域，同時(shí)空穴沿相反的方向移動(dòng)。為此，您可以將二極管N型的一端與電路的負極相連，同時(shí)P型的那一端與正極相連。N 型材料中的自由電子被負極排斥，又被正極吸引；而P型材料中的空穴會(huì )沿反方向移動(dòng)。如果兩電極之間的電壓足夠高，耗盡區內的電子會(huì )被推出空穴，從而再次獲得自由移動(dòng)的能力。此時(shí)耗盡區消失，電荷可以通過(guò)二極管。

當電路的負極與N型層、正極與P型層相連時(shí)， 電子和空穴開(kāi)始遷移，而耗盡區將消失。

如果您試圖讓電流沿反方向流動(dòng)，將P型端連接到電路負極、N型端連接到正極的話(huà)，電流將不會(huì )流動(dòng)。N型材料中帶負電的電子會(huì )被吸引到正極上；P型材料中帶正電的空穴則會(huì )被吸引到負極上。由于空穴與電子各自沿著(zhù)錯誤的方向運動(dòng)，PN結將不會(huì )有電流通過(guò)，耗盡區也會(huì )擴大。（有關(guān)整個(gè)過(guò)程的更多信息，請參閱半導體工作原理。）

當電路的正極連接到N型層、負極連接到P型層時(shí)，自由電子會(huì )聚集在二極管的一端，同時(shí)空穴會(huì )聚集在另一端。耗盡區會(huì )擴大。

在這種情形下，電子同空穴之間的相互作用會(huì )產(chǎn)生一個(gè)有趣的副作用——發(fā)光！