为什么断开的二极管之间没有电位差？

我知道这个问题听起来很愚蠢，好像当端子连接在一起时会产生电流差，这意味着能量来自某个地方。

我之所以这样问，是因为从我对耗尽区和二极管内建电位的理解来看，如果您在整个二极管上连接一个电压表，就会显示出内建电位的值。

下图对此进行了解释：

首先，电子从n型流向p型，因为n型中的浓度更高，空穴反之亦然。这称为扩散电流。穿过pn边界的第一个电子和空穴是最接近它的电子和空穴。这些载体在彼此相遇时重组，因此不再是载体。这意味着在pn边界附近没有载流子耗尽区域。因为电子离开了n型材料，空穴离开了p型材料，所以在pn边界的n和p侧分别有正电荷和负电荷。这会产生与扩散电流相反的电场，因此不再有电子或空穴越过边界并结合。简而言之，只有边界附近的电子和空穴结合，因为这样做之后，会形成一个电场，阻止更多的载流子交叉。由于该电场而产生的电流称为漂移电流，当处于平衡状态时，它将等于扩散电流。因为在边界处有一个电场（从正电荷指向负电荷），所以存在一个关联的电压。这称为内置电位。

如果从左到右在沿二极管的每个点上采样电场，则质子和电子的数量相等，则将从p区域的0开始。当您接近耗尽区时，您会看到一个小的电场指向p区，这是由受体杂质引起的，该杂质现在具有多余的电子（由于重组），因此现在具有净负电荷。当您靠近边界时，该电场的强度会增加，而当您远离边界时，电场将消失。

如图（d）所示，该电场意味着存在电压。p侧为任意电势，n侧为高于此电势，因为它们之间存在电场。这意味着整个耗尽区都有电位差。这被称为内置电位。

但是，为什么当我在整个二极管上连接电压表时，却看不到内置的电势呢？

我认为，答案相对简单。您知道基于半导体-金属结的“肖特基二极管”的工作原理吗？现在-如果在二极管两端连接电压表（或其他负载）会怎样？创建两个肖特基结，它们可以精确补偿pn二极管内部的扩散电压。因此，无法测量电压。换句话说：您不能使用扩散电压来驱动任何电流通过外部负载。

嗯，其余的答案似乎有些晦涩，我只是偶然发现了这个问题，因此我将对其进行介绍。

我认为这是因为费米能级在偏见下变得不连续。我相信您可以看到，电压表真正测量的是电子和空穴要穿越结的强度。在热平衡下，电子和空穴无意跨结移动，因此电压为0V。换句话说，电压表实际上仅测量两个侧面之间的费米能级之差。

要了解为什么这样做，您必须知道电压表的工作原理。与其从字面上测量二极管两端电子的能级差（这真是太棒了），不如测量流过其高电阻的电流。在处于热平衡状态的二极管中，没有任何载流子净移动，因此没有电流。没有电流意味着没有电压表读数。

如果您有一个静电电压表，其电阻远高于您的DUT系列电阻，那么这是可能的，但是二极管泄漏也必须同样高，以防止释放静电势。

这是一个很好的好奇心问题！当我第二年的时候，我也遇到了同样的问题。但是，直到我遇到晶体管的阈值电压和PN结电压降之前，情况变得不清楚。

您是完全正确的（最后一段），因为耗尽区中的电场会导致电势发生变化，因此n型端的电势较高，p型端的电势为负，从而导致本征电势差增大。这就是为什么要使电流流过二极管（PN结），您需要来自P型和n型的更高电势，以使它们的差大于与二极管两端施加的电压相反的本征电势差。 。这就是我们所说的正向偏置二极管！我相信您知道这基本知识。现在让我们转到真正的问题->

如果您要精确地在两个耗尽边界处探测虚拟数字电压表，那么我相信您会看到那里的电压差，但是用常规万用表很难做到。我确信半导体公司有多种方法可以使用特殊的探头来检测这些电压差。但是，如果要测量与常规万用表断开的二极管（在LTSPICE中对其进行仿真时要考虑到这一点，即在二极管的两端而不是在内部进行探测）。基本上，您的图表（D）会自行回答。图显示二极管的两端都没有电场。由于电场是保守的，并且两个二极管端（P和N型材料的端）不带电荷，并且端处的电场由于扩散而被抵消，结果，在扩散区域结束后不存在电场，这意味着它们的差也为0，测量的电压差也为0V。希望这可以帮助！

试一下这个问题。PN结处有两种电流。扩散电流是由载流子沿载流子密度梯度向下移动引起的。漂移电流是由载流子沿电场向下移动引起的。当没有偏压施加到隔离的pn结时，扩散电流将使载流子跨过耗尽区，从而在耗尽区的每一侧累积电荷。累积的电荷在耗尽区上产生电场，并且该电场在相反的方向上感应出电流。该过程自然趋于达到平衡，在该平衡中，扩散电流被漂移电流完全抵消。可以将其建模为以反并联方式连接的两个等值电流源。

答案很简单，势垒电势存在于耗尽区而不是二极管两端，因此电场线的存在区域仅限于耗尽区。

所用的万用表跨接在二极管的端子之间。在万用表探针和耗尽区之间存在n和p区域。无偏的n和p区域充当绝缘体，因此探针上没有接收到场线，因此万用表中没有显示电压。

答案很简单：您将静电势与电势混淆。用电压表测量的是电位差。

然而，电势确实包括电荷载流子的化学势。注意：化学势µ，或更准确地说，化学势的梯度-grad（µ）是扩散背后的“驱动力”。

在PN结的情况下，会发生载流子的净扩散，直到两个导体之间的静电势差等于两个导体之间的化学势差。由于两个电位差都具有相反的符号，因此它们的总和为零->尽管静电电位差没有消失，也没有要测量的电位差！

尽管pn结点之间存在势垒，但它无法在输出电路中传送任何电流。由于没有其他电源，因此必须对导线进行加热。实验表明它永远不会发生。否则，结点应由于没有外部电源，因此温度较低，因此会产生热不稳定性，因此电流必须为零。金属和半导体的接触电势会抵消势垒，因此会发生上述情况。