大家肯定都知道PN结有单向导电性，PN结的正向导通电压是0.7V左右，但对于原因可能了解较少。
越是简单的东西往往越容易被忽略，理解PN结对于理解二极管、三极管、MOS管的原理至关重要，下面我将简单的对PN结进行一个介绍，希望您能有所收获。
①什么是本征半导体？
导体：导体一般为低价元素，最外层电子一般少于4个，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，导体就是靠这些自由电子来导电。当导体两端施加电压时，这些自由电子就会在外电场的作用下进行定向移动，从而形成电流。而高价元素，如惰性气体或者高分子物质，它们的最外层电子收到原子核的束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性很差，成为绝缘体。
半导体：常用的半导体材料如硅（Si）和锗（Ge）均为4价元素，它们的最外层电子为4个，既不容易失去电子，也不容易得到电子，因而导电介于导体和绝缘体之间，成为半导体。
本征半导体：完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体。在绝对零度温度下，半导体的价带是满带。在受到光电注入或者热激发后，部分电子获得能量从而挣脱了共价键的束缚，变成了自由电子。同时共价键中会留下一个空穴。
不难发现，在本征半导体中有多少个电子挣脱共价键束缚成为自由电子，就会在共价键中留下多少个空穴。因此，本征半导体中的自由电子和空穴是成对出现的，且自由电子的数目和空穴的数目相等。
本征半导体中的电流形成：当在本征半导体两端施加电压时，一方面，自由电子会在外电场的作用下定向移动，形成电子电流。另一方面，由于空穴的存在，附近原子的价电子会对相邻原子的空穴进行填补，填补之后，自己由于失去了一个价电子，所以也会形成一个空穴，这个空穴又会被它相邻原子的价电子填补，这样相当于空穴也产生了定向移动，形成空穴电流。这两种运动的方向相反，但由于自由电子与空穴极性相反，所以本征半导体中的电流是电子电流与空穴电流之和。
②N型半导体和P型半导体都是：杂质半导体
N型半导体：在本征半导体Si中掺入5价的杂质元素，如磷元素(P)，由于磷原子最外层有5个电子，硅原子最外层有4个电子，它们形成共价键时，会各出4个电子，形成最外层8电子的稳定结构，此时剩余的1个电子成为了自由电子。如下图所示，图中的蓝色圆点为磷原子（P）最外层的5个电子，红色圆点为硅原子（Si）最外层的4个电子。因为多数载流子是自由电子，自由电子带负电（Negative），因此叫N型半导体。
P型半导体：在本征半导体Si中掺入3价元素，如硼元素（B），由于硼原子最外层有3个电子，与硅原子形成8电子稳定结构时，缺少了一个电子，因此就会产生一个空位，称为空穴。在P型半导体中，空穴是多数载流子。P型半导体如下图所示。
③PN结的形成
介绍PN结的形成之前，先来了解两种运动——扩散运动和漂移运动。
扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动叫做扩散运动。
漂移运动：在内电场的作用下，少数载流子的运动。
如下图所示，左边是一个P型半导体，内部的多数载流子为空穴，如图中圆圈所示。右边是一个N型半导体，内部的多数载流子为自由电子，如图中的红色圆点所示。当P型半导体和N型半导体相互接触时，在交界处，就会形成浓度差，导致扩散运动的发生。P型半导体中的空穴向右运动，N型半导体中的自由电子向左运动，两者刚好可以相互复合。复合之后，失去自由电子的原子成为了正离子，带正电；得到电子(或者叫失去空穴)的原子变成了负离子，带负电。由于正负离子的存在，就会在N型半导体和P型半导体接触的地方形成一个内电场，其方向从右指向左。这个内电场的存在又会反过来阻碍扩散运动的继续发生，最终会形成一个空间电荷区，也叫耗尽区，即PN结。
④为什么PN结只可以单向导电性
前面的分析我们知道，内电场会阻碍多数载流子的扩散运动，而PN结导电靠的就是多数载流子的移动。那么为了使PN结可以导电，就要想办法削弱，准确的来讲是消除内电场，形成与内电场相反反向的电场，来促进多数载流子的运动。如下图所示，当外加正电压，即P型半导体接电源正极，N型半导体接电源负极，由电源形成的外电场方向如图所示，刚好与内电场方向相反。如果外电场比较小，这时候只是会削弱内电场，使耗尽区变窄，随着外加电源电压的增大，耗尽区会越来越窄，直到外电场大于内电场之后，半导体内部开始形成电流，且电流大小随电压指数级增长。
当给PN结施加反向电压时，电源电压形成的外电场方向与内电场方向相同，会进一步阻碍多数载流子的扩散运动，使耗尽区加宽，从而无法型形成电流。
值得注意的是，内部电场虽然对多数载流子的扩散运动有阻碍作用，但它对少数载流子的漂移运动有促进作用，这中少数载流子的漂移运动就会形成漂移电流，也就是PN结的漏电流。但由于少数载流子的数量非常少，因此反向电流也非常小，可以忽略不计，因此认为PN结具有单向导电性。
⑤三种击穿
雪崩击穿：载流子被空间电荷区的自建电场加速，与耗尽区内原子的电子发生碰撞，产生新的电子-空穴对，有撞击其他原子，使得载流子浓度雪崩式增加，反向电流急剧增加。
齐纳击穿：重掺杂的pn结，反偏状态下结两侧的导带和价带离得非常近，而且p区的价带甚至高于n区的导带，使得p区价带上的电子易于直接隧穿到n区的导带上。产生反向隧穿电流。
热击穿：如果结散热不好，结温上升，半导体的本征载流子浓度随温度升高而上升，形成大的反向电流。对于硅pn结而言，温度每升高十度，理想反向饱和电流大小会增大为原来的四倍。
掺杂浓度低，空间电荷区宽，载流子加速距离长，较易发生雪崩击穿。掺杂浓度高，空间电荷区窄，易隧穿，易发生齐纳击穿。
⑥为什么PN结的正向导通电压是0.7V？
其实，并不是所有的PN结正向导通电压都是0.7V，如锗PN结的正向导通电压为0.3V左右。那到底是什么决定了PN结的正向导通电压呢？
我们知道，PN结要想导通，外加的正向电压产生的外电场强度必须大于PN结内电场强度，那么只要求出PN结的内电场强度，就可以知道正向导通电压的临界值。内电场大小计算公式为：
其中Na和Nd分别是P区和N区的掺杂浓度，ni是半导体不掺杂时候的本征载流子浓度，k是玻尔兹曼常数，T是温度，q是单位电荷量。所以这个内建电势的大小和温度，以及PN结的掺杂浓度有关。在实际制造中，通常控制的变量是
PN结的浓度，但是，因为浓度Na和Nd是在ln函数里面，所以大小差一些对于最后的结果影响不大，大概都在0.7V附近。所以说一般PN结正向要导通，基本认为要克服的内建电势就用0.7V。
