我理解的半導體 pn 結的原理，哪裡錯了？
物理教材說正向接電把pn結產生的內電勢給削弱了所以可以通電。我的理解：從電源負極出來的電子把半導體N段處於相對來說比較自由的電子給擠到下一原子的控制範圍，下一原子自己所攜帶的相對來說比較自由的電子又被擠到下一原子控制範圍，以此類推，此過程發展到電子來到由於擴散效應形成的位於N段的空穴，電子把空穴填上，形成了我畫的上圖的形態，是一個並沒有pn結的半導體，然後電源繼續通電，電子來到位於P端的空穴，空穴被一個一個填上，等到p端的空穴都被填上之後，電子回到電源正極，這樣就形成了電流，（問題一）我的理解正確嗎？反向通電見我的圖的下圖，電子從負極出來到了半導體的P端，填空穴，而電源正極所形成的勢能來吸位於半導體N端的電子，P端空穴被填滿，N端電子被抽干，我的理解到這有問題嗎？這樣一來，原來的P端由於空穴被填滿變成了新的N端，原來的N端由於電子（自由電子，N端之所以為N端的電子）被抽干形成了新的P端，那不就變成了我畫的圖的上圖了嗎？那不就也可以導電了嗎？我的理解一定存在嚴重錯誤，請大佬答疑解惑。
請先看這個回答，理解一下什麼是能帶和載流子，半導體的導電性是怎麼來的。
導帶、價帶、禁帶、允帶都是什麼邏輯關係？ - 知乎然後再解釋PN結。
首先假設我們有一塊同一種單晶硅製成的P型半導體和N型半導體，他們的導帶和禁帶能級是一樣的，唯一的區別是摻雜能級的位置：
由於摻雜能級的不同，P型半導體和N型半導體具有不同的電子分布和費米能級。純粹的P型半導體，費米能級位於價帶與摻雜能級之間；N型半導體費米能級位於導帶與摻雜能級之間。這很容易理解，因為費米能級可以認為是半導體處於絕對零度時電子所處的最高能級，而絕對零度時的電子又是從低往高依次填充的。
當PN結形成的時候，P型半導體和N型半導體直接接觸。之前曾經講過熱平衡時同一塊半導體材料會具有統一的費米能級，所以當PN結形成時，半導體的能帶會發生彎曲，使得P型和N型半導體的費米能級能夠統一。
而能帶是怎樣彎曲的呢？首先我們考慮離PN結距離很遠的地方，這裡遠在PN結電場的影響範圍之外，顯然能帶應該是平直的，就像純粹的P型或N型半導體一樣。由於費米能級統一，所以P型半導體相對於N型半導體能帶被抬升了：
中間的部分，就是PN結，能帶被彎曲之後把P型能帶和N型能帶連接在一起。但是能帶為什麼會彎曲？具體又是怎麼彎曲的？這就要從電場和載流子運動的角度來解釋。
首先，載流子會發生擴散運動，從濃度高的區域往濃度低的區域運動。這是因為載流子一直在發生隨機的熱運動，而因為高濃度區域載流子更多，統計上從高濃度區域運動到低濃度區域的概率更大。所以在PN結附近，電子會往P型半導體擴散，空穴會往N型半導體擴散，擴散運動的速度正比於載流子的濃度梯度。
我們知道自由電子遇到空穴時會發生複合，而PN結一側幾乎只有電子，另一側幾乎只有空穴，所以電子和空穴會在PN結上大量複合，導致PN結兩側載流子濃度下降。而載流子濃度下降會使得半導體帶電，這是因為N型半導體的電子來源於摻雜能級上的電子躍遷到導帶，而摻雜能級失去電子之後變成了帶正電的離子，PN結處的複合是N型半導體的電子與P型半導體價帶中的空穴複合，相當於N型半導體失去了電子，P型半導體獲得了電子，這就使得P型半導體帶負電，N型半導體帶正電。很快，PN結附近的載流子就全部複合了，此時這一區域只剩下了不能移動的帶電離子，這一區域就被稱為空間電荷區，也就是勢壘區。
突變型PN結的電荷分布、電場分布與電勢分布
由於N型帶正電，P型帶負電，就形成了一個由N指向P的電場，這個電場使得電子從P向N，空穴從N向P發生漂移運動。然而前面提到擴散運動和這個漂移運動的方向正好相反，當兩個運動的速率相同時，擴散運動和漂移運動互相抵消，PN結的載流子分布就處於穩定狀態。
現在我們就能計算空間電荷區的電場是怎樣彎曲能帶的了。由於空間電荷區的電荷來源於電離之後的摻雜原子，可以認為空間電荷區的電荷密度就等於摻雜濃度。有了電荷密度，就能計算出空間電荷區內每一點的電場強度和電位，算出了各位置的電位，就可以畫完能帶圖了。
接下來就該研究PN結怎麼導電了。簡單起見這裡就做一下定性的描述，具體更準確的分析還是請看書。
從能帶圖可以看出，對於電子，可以輕易地從P型半導體進入N型半導體，但是P型半導體內電子非常少。而N型半導體中的電子，則需要越過一個勢壘才能進入P型半導體。
當我們外加電壓使PN結正偏時，外加電場與空間電荷區內建電場方向相反。這一外加電場使得空間電荷區出現一個與內建電勢反向的偏壓，N型半導體相對於P型半導體電位降低，勢壘的高度減小。
由於勢壘高度減低，N型半導體的電子在外加電場的作用下就有較大的概率能越過勢壘到達P型區，產生電流，而P型半導體的空穴也是類似，此時我們就稱PN結導通了。
除了正向偏壓導通之外，PN結還會被反向擊穿。反向擊穿一般有兩種，雪崩擊穿和齊納擊穿。
雪崩擊穿是當外加的反向電場足夠大時，半導體內的載流子能量非常高，在和原子發射碰撞時足夠破壞共價鍵，激發出新的載流子。這使得半導體內載流子濃度隨著碰撞發生成倍增加，使得反向第電流急劇增大。
齊納擊穿則是由於反向偏壓使得N型半導體的導帶底部低於P型半導體的價帶頂部，此時量子效應可以讓N型半導體導帶中的電子直接隧穿到P型半導體的價帶中（P型半導體的空穴也是類似），然後與空穴複合，形成電流。
以上就是PN結形成與導電原理的簡單描述，有興趣的朋友可以找《半導體物理》或者《半導體器件物理》的教材看看，上面有更準確、更詳細的推導過程。
覺得這個問題我可以回答，如有問題歡迎各路大神前來指正。
首先，我覺得題主你在思考的問題不是一個PN結帶來的問題，而是半導體都存在的導電現象，下面我來解釋。
首先我們考慮純凈半導體:(我就把圖粗略的用筆畫一下吧)
純凈的半導體是不摻雜任何雜質的，內部結構應當是這樣
但是你有沒有想過，如果我在這個純凈半導體上面加上題主所示電路，效果和題主在糾結的效果會有什麼異同？
如果我沒有理解錯的話，題主總結出來的現象全部都是建立在這個半導體模型的基礎上的，或者是只摻雜一種雜質。摻雜一種雜質只不過就是電子或者空穴中的某一種會多於原來純凈半導體時候的，現象與上述現象類同。
但是，若將pn兩種半導體結合在一起，題主的想法就開始錯了。
那麼，在p區與n區放在一起，未加電場時，由於濃度差的存在，電子和空穴都會向對面運動
若外加正向電場，內電場將會被削弱，使得多子的擴散運動得以繼續進行，若加反向電場，內電場將會增強，對於多子來說相當於抑制了擴散運動。
但是對於少子來說，內電場會相當於一個加速器，使得少子直接撞向對面，這樣形成的電流叫做漂移電流。當反向電場過強，少子加速後的速度過大時，到達對面的少子將會把對面的共價鍵撞碎，形成鏈式反應，pn結此時就處於擊穿狀態，這種擊穿叫做雪崩擊穿。
對於內電場的理解直接決定了pn結的各種性質，望題主加以理解題主把內電場想像成了橫跨整個PN結。看起來這個「意象」的來源是把整個P區都想像成了帶正電，整個N區都帶負電。其實這是不對的。整個PN結只有在界面處很薄的一點範圍內不是電中性的（所謂的「空間電荷區」或者耗盡層）其他地方全部是電中性的。
為什麼題主（可能）會覺得整個二極體都不是電中性的呢？我覺得和那種只標出多數載流子的電荷符號，不標出固定的「背景離子」電荷符號的示意圖的誤導關係很大。這會導致在耗盡層的電荷符號的含義和電中性區的電荷符號的含義完全不同——耗盡層沒有自由載流子，只有固定的背景電荷。
現在我們解釋一下為什麼P區N區都是電中性的。為了容易理解，我們就從價鍵理論去考慮，並且忽略硅原子自身被激發產生少數自由電子和空穴。一般所謂的P型半導體，就是摻雜了III族元素的硅。我們知道硅原子最外層有四個電子，是四價的。而III族元素最外層只有三個電子。那麼，III族原子取代硅之後，它也要與周圍四個硅形成四個共價鍵才能穩定。而且，非常重要的是，它對電子的吸引力遠遠大於硅原子的吸引力。所以，這個III族原子，就必須並且非常容易地從周圍其他某個地方的硅那裡「偷」來一個電子，才能形成四個共價鍵。這樣，這個III族元素原子多了一個電子，自己變成了一個負離子，與周圍的四個硅原子形成了穩定的價鍵結構。注意！這個III族元素形成的負離子在空間的位置是恆定的，也就是說，P型半導體有固定的負電荷「背景」。而被偷去電子的那個硅原子呢？它沒法從III族元素那裡把電子要回來，但是它周圍也有很多硅原子，它可以輕鬆的從周圍的另一個硅原子那裡偷來一個電子，將自己重新變成中性硅原子。換一個角度看，就是正電荷可以輕鬆地在P區半導體中的硅原子上跳來跳去，而負電荷被固定在摻雜進去的III族原子上。如果有電流通過，那麼就是正電荷在移動而不是負電荷在移動。為了方便，我們就將正電荷的載體——缺了一個電子的硅正離子——稱為「空穴」，將正電荷在硅原子上跳來跳去的過程看作是空穴的移動。所以，P區正確的圖像是，固定的背景負電荷和可移動的正電荷「空穴」。
同樣的理論可以運用到N型半導體。從完全定域的價鍵理論角度，你可以把「自由電子」理解成帶負電的硅負離子。而固定的背景電荷就是摻雜進去的V族正離子。
有了以上的理解，我們就可以考慮PN交界處的情形了。在一個很薄的範圍內，硅正離子和硅負離子接觸到一起，就變成了兩個中性硅原子，也就是「空穴」和「自由電子」通過複合而消失了（所以被稱之為「耗盡層」）；剩下的就是在空間分布的背景電荷（所以又叫「空間電荷區」），也就是摻雜進去的那些元素。很顯然在P區就是負離子，而N區就是正離子。為什麼這個耗盡層沒有完全擴展到整個PN結呢？——耗盡層的電場方向正好與P區或者N區的多數載流子向對方移動的方向相反哈。
按題主的思路 即使外部不供電的情況下 PN都是導電的
首先如果按題主的講法，供電後，N區電子濃度比P區高 ，電子就會從N區到P區做擴散運動，從而導通。但仔細想下，即使不供電，N區電子還是比P區高啊，所以題主的思路有問題其實問題很簡單，題主應該是混淆了幾個穩態，非穩態，和兩者之間的過渡狀態
通常教科書上，會從P區和N區載流子的運動開始，到空間電荷區的建立結束，這是一個非穩態到穩態的過渡過程。而題主應該注意到，空間電荷區的形成就是阻止了擴散運動按照你的那個思路進行
然後，外加電場的作用是打破了上面最終形成的穩態，並重新向下一個穩態過渡。這個過程中，題主就選擇性的忽略了空間電荷區的存在。
另外關於PN節原理其他答主已經回答的很好了，至於節電流希望題主看下《半導體器件》中關於擴散電流，漂移電流，複合電流等知識，應該對你認清這個問題有很多幫助
以上首先請全面正確理解空間電荷區，從題主的描述中未見提及此概念，但是空間電荷區的形成以及pn結通電後空間電荷區的變化，是理解pn結正反嚮導電的核心。然後指出題主的問題所在。對於正嚮導電，1.不存在題主所說的電子從n區最外側擠壓自由電子的情況。我們通常可以把pn結非空間電荷區的部分視為一段低阻抗的導體，可以認為是一個小電阻吧。2.空間電荷區不會完全被複合，只會由於正向電壓變窄。3.由於空間電荷區變窄，電子可以通過漂移運動穿過空間電荷區一直運動到電源正極。4.對於電子在p區的運動，題主的根本錯誤在於，p區是電中性的，不存在「中和空穴」的情況。否則按你的理解，pn結只能是一次性的了。。。對於反嚮導電，題主所考慮為擊穿電壓下的情況，確實存在但實際情況遠不像你理解的這麼粗糙。建議你先理解了正向情況再說。綜上，我不禁要問一句，題主真的學過半導體物理嗎？？？為什麼會理解成這種沒一處對的樣子？？？
前面大神們已經解釋得很清楚了，所以就在這兒補幾張圖，希望能幫助題主加深理解。
先明確一下一個我覺得題主可能沒有理解到位的重要基本概念：二極體並不是只有一個方向能通電，另一個方向絕對絕緣。
二極體的IV圖如下
（來自Google，圖侵刪）
可以看到在反向擊穿以前二極體也是有電流的，只是非常小而已。反而是在正向偏置情況下，當外接電壓小於內電壓的時候，二極體不導電。（如圖，Si的內電壓一般為0.7V）
實驗告訴我們二極體可以雙嚮導電。
理解這一點之後，希望題主能明白為什麼自己的解釋不正確了。因為你還沒完全弄明白自己要解釋的現象啊⊙_⊙
下面開始正文
這是熱平衡下的情況。擴散電流（J diffusion）和漂移電流（J drift）是相等的。
這是正向偏置下的情況。N區的能級相對P區升高。考慮電子的運動：P區有更多的empty states，更多N區電子會擴散到P區。這種情況我們稱作majority carrier injection（多子注入？）
正向偏置下的電流情況
這是反向偏置下的情況。N區的能級相對P區降低。考慮電子的運動：P區的empty states減少，更少的N區電子會擴散到P區。這種情況我們稱作minority carrier extraction（少子提取？）
反向偏置下的電流情況
最後，根據二極體的電流公式
正向偏置時Va為正。因此電流較大。
反向偏置是Va為負。因此電流較小。
題主可以自行深入學習一下電流公式的推導過程。祝開心???????
第二個理解不對，p端空穴被填滿了哪還有導電能力，n端電子被抽空也就不能導電了。注意，半導體不是金屬，金屬內部價電子可以基本看成自由電子，加一個電場就跑，半導體內部電子是被束縛住的，當你p端空穴都被填滿或者n端電子都被抽走後，裡面就沒有自由電子和空穴了，他的表現更類似於本徵半導體而不是金屬。要理解pn節，搞清楚什麼叫多子，少子，漂移電流，擴散電流，以及他們怎麼運動變化就好了
沒細看，大致看了看。題主你說的「抽干」「可以導電」不就是 PN結已經反向擊穿的時候了么，都擊穿了當然也導電了……
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