我想知道为什么这个值固定在 0.7 V (0.3 Ge) 左右。我一遍又一遍地研究这个话题，但我总是找到相同的答案。他们说“因为硅二极管的电压是 0.7”。这就像说天空是蓝色的，因为蓝色是天空的颜色。
我熟悉 Shockley 二极管方程，但我没有看到与阈值电压的联系（我这么说是因为人们给了我一个指向其 Wikipedia 页面的链接）。
我还阅读了一些关于结附近杂质浓度与电压屏障有关的内容（我希望得到与此相关的答案，以及制造过程）。
我得到的另一个答案是硅的性质（我有点讨厌这个答案，因为我从中得到的是电压是一种密集的属性，而不是广泛的——这会使材料更“可行”）。
所以问题本身就是：为什么是 0.7 而不是 0.4、0.11、1.2（对于硅）？
一个稍微多一点的 ELI5 答案：
当我们将任何两种不同的金属接触在一起时，它们就会充电，一种变成正极，另一种变成负极。它们形成一个自充电电容器，或类似低压电池的东西。这种效应是在物理学的早期发现的，是在对静电荷进行敏感测量时发现的。它的行为很像丝绸摩擦橡胶的接触充电。但是对于金属，不需要摩擦。后来很明显，两种不同的金属总是在它们之间产生相同的电压。（嗯，在室温下也是如此。电压随温度略有变化。）
但是普通电压表永远无法检测到这个电压。我们可以用铜、铝、铁等材料构建我们的电路，并且对于每个铜-铝结，在其他地方总会有一个铝-铜结。金属充电效应可能非常大，但它在闭合电路周围的总和恰好为零。一个“电池”的负极总是面对另一个的负极。它不是能源（不是亚历山德罗·沃尔塔认为他发现的永动机！）
如果我们将一块 p 型硅板与一块 n 型硅板碰撞会怎样？这是一个自充电电容器，它在硅板之间产生大约 0.7V 的电压。一块板从另一块板中窃取电子，但直到移动载体的轨道能量差异被抵消。请注意，二极管不需要在接触点处形成。相反，我们可以使用不能形成二极管的高掺杂 ++p 和 --n “金属”硅，但是当它们接触在一起时，这些板仍然会产生自发充电和相同的电位差。我们甚至可以将 p 和 n 硅焊接在一起（首先在末端镀银，这样焊料会弄湿它们），仍然会出现相同的 0.7V 电位。
为什么二极管会在 0.7V 而不是零伏时开启？这是因为二极管的耗尽层始终包含内部自发的“不同金属接触”0.7 伏。电压使二极管保持关闭状态。在断开的二极管上，这不是一个可测量的电压（你永远不会直接检测到它，除非你开始测量二极管端子周围的电场。）嘿，如果我们可以用铁和铜形成二极管，那么而不是 0.7 V，这些二极管将以所有铁铜结所表现出的自然铁铜电位差开启。
当我们向二极管结施加一个外部电压正向偏置时，当外部电压抵消了恒定的内置不可见电压时，二极管就会导通。换句话说，只有当我们将“不可见”的结电压降低到接近零时，二极管才会开启：通过施加相反的电位差将其短路。
所有这些都与许多其他物理效应有关。如果我们做一个封闭的？金属？不，半导体环，连接到 n 型半环的 p 型半环，然后加热其中一个结，许多 mA 或安培会流动，因为这两个“不可见”电压不再是相同，微小的差异会在电路中产生很大的电流。换句话说，PN结的“热电偶”电压只是这个神奇的“不可见电压”的一小部分，热电压只是由于不平衡而产生的. 我们只检测到不平衡，但没有检测到两种材料之间总是出现的原始电位差。[编辑：金属结的内置电位变化很小，而更大的热电压出现在结的金属腿上，而不是结本身。对于全金属热电偶，金属，而不是结，成为“直流发电机”。]
我们可以创造一个“冷源：”半导体冰箱。如果我们将任何 p 型硅焊接到 n 型上，然后迫使反向电流通过结，空穴从电子流走，然后 p 到 n 连接变冷，而其他地方的金属触点也变得同样温暖。请注意，没有形成二极管，因为两个单独的硅块通过焊料连接。交换极性，pn 焊接结变热，而金属触点变得同样凉爽。
此外，这意味着太阳能电池并不像大多数人想象的那样工作。在暗太阳能电池内部，pn结具有0.7V的自然电位差。在电路的其他地方，我们发现了相反的差异（可能主要在半导体的金属触点处发现）。其他连接都加起来相同的 0.7V，这抵消了 pn 结的 0.7V。因此，当光线照射到结时，载流子会泛滥，结电位……会短路！然后，与电路其他部分的所有其他电位差将提供电场，然后迫使电荷在电路周围流动。太阳能电池中的照明 pn 结不提供驱动电压。诡异的！取而代之的是，电线的金属触点提供驱动电压，而被照亮的 pn 结提供了一个缺失电压，该电压通常会停止任何电流。缺少结电位是一种奇怪现象，在任何正常电路中都找不到。当电压表（由铜、焊料、硅等制成的结）连接到发光的太阳能电池时，pn 结缺失的结电势让我们可以测量所有其他结的总电势存在导体结。（或者，相反，我们可以从微观角度说，吸收的光子正在提高结中移动电荷的能级，允许它们穿过它，而不管自然 0.7V 尝试的强电场如何再次将它们击退。）大量高能移动载流子使结短路，使自充电电容器放电。但这也意味着太阳能电池的 V-out 与光子能量无关（不会为 UV 或 X 射线提供更高的输出电压。）相反，太阳能电池的最大 V-out- cell 只是 pn 结的（现在缺失的）势垒。
但是为什么两种不同的金属接触在一起会充电呢？
这是因为即使是两个单独的金属原子在接触时也会充电。不同金属原子轨道的能级不相同。如果接触在一起，一个原子往往会从另一个原子那里窃取电子……但足以抵消轨道水平的差异。如果不是单个原子，而是用两条长链的金属原子，一个是铜，一个是铁，那么当它们的末端接触时，一条链会从另一条链中窃取电子，直到链之间出现神奇的看不见的电压值. 它是一个自充电 2 板电容器。适用于金属，适用于半导体。搜索词：金属的功函数，以及金属结的功函数差（以及电化学中的伏打或伽伐尼电位。）
[请注意，这是小学 ELI5 的初步近似答案。正如这里其他地方所提到的，二极管的导通电位仅与功函数差成正比，不等于它。断开的二极管实际上并不具有零结电流，而是具有载流子迁移率效应、相等和相反的载流子扩散电流等]
电压降随温度而变化，您可以通过测量电压降从二极管或晶体管制成良好的温度传感器。用冰水和沸水校准。
在用于 LED 的材料中，带隙能量也是电流产生的光子能量。红色 LED 的带隙约为 1.8 伏特，红光的能量约为 1.8 电子伏特，或波长约为 700nm。您可以使用电压表和光谱仪进行测试。同样适用于 IR、绿色、蓝色和 UV LED。当您向具有更多高能光子的紫外线移动时，二极管上的电压降会增加。
（关于硅的备注已删除。）
为什么[二极管阈值] 0.7 而不是 0.4、0.11、1.2（对于硅）？
这是从电气工程角度的答案（因为这是一个 EE 站点）：
正向偏置二极管中没有实际的“阈值”。正向偏置二极管的 IV 曲线是一个强指数函数。0.7V 的“拐点电压”（也称为“接触电位”或“内建电压”）是典型硅的正向偏置 PN 结的实际 IV 曲线的分段线性近似中的特征点具有典型掺杂剂的材料。这是最简单的线性模型，请参阅“jonk”建议的链接的第 5.4 节。上面写着：
二极管的线性模型通过与直流偏置点处的实际曲线相切的直线来近似指数 I - V 特性。图 5.8 显示了在点 (VD, ID) 处有切线的曲线。该曲线在电压VD0处与水平轴相交。对于切点的 VD 和 ID 的微小变化，切线可以很好地近似实际曲线。
这是一个很好的硅二极管大信号初步近似模型，广泛用于 EE 球场估计。为了更精确的建模，更复杂的模型被用作SPICE 模型。
下一个问题是，为什么硅基二极管的 IV 曲线具有这种特殊的指数形状，以至于它的“拐点”位于 0.7 V 附近？答案需要在半导体物理学、PN结和晶体管理论中寻找，答案可能需要几堂课。在底部，电流的特性由具有特定带隙的特定半导体的本征原子结构决定，（参见电子能带结构），以及电子 - 空穴相互作用的量子动力学及其在两个不同掺杂区域（p和n）的晶体结构。对于具有不同能带参数的不同本征半导体材料（如锗），所得的 IV 曲线线性近似值将产生大约 0.3V 的不同拐点值。
关于“接触电位”如何与带隙电压相关的解释可以在本地物理网站上找到。它说通常“接触电位”比相应的带隙电压低约 0.3V。