杏彩体育平台app·【半导体入门系列】Chapter 2 二极管

时间：2024-04-16 01:44:52 来源：杏彩体育官网app 作者：杏彩体育官网登录入口

　　二极管（英语：diode）又称二极体，是一种具有不对称电导的两个端子（阴阳二极接线端，故名“二极”）的电子器件；此二极使其原则上仅允许电流作单方向传导，它在一个方向为低电阻（理想情况下是零），高电流，而在另一个方向为高电阻。

　　借由二极管的特性，在电力工程上常用作整流器（将交流电变成直流电）；在电子工程上常用作检波器（从调幅波检回音波）；在计算机硬件逻辑设计上常用作逻辑电路的逻辑闸。

　　在半导体性能被发现后，半导体二极管成为了世界上第一种半导体器件。现如今的二极管大多是使用硅来生产，锗等半导体材料有时也会用到。目前最常见的结构是，一个半导体性能的结芯片通过PN结连接到两个电终端。

　　二极管是带有pn结或替代结的双端半导体器件。表2-1显示了一个二极管分类的示例。它们按结构和用途可分为整流二极管、齐纳二极管等。二极管已被广泛应用。

　　二极管具有阳极和阴极两个端子[注 1]，电流只能往单一方向流动。也就是说，电流可以从阳极流向阴极，而不能从阴极流向阳极。对二极管所具备的这种单向特性的应用，通常称之为“整流”功能,可将交流电转变为脉动直流电，例如：无线电接收器对无线电信号的调制，就是通过整流来完成的。

　　因为其顺向流通反向阻断的特点，二极管可以想成电子版的逆止阀。然而实际上，二极管并不会表现出如此完美的开关性，而是呈现出较为复杂的非线性电子特征——这是由特定类型的二极管技术决定的。一般来说，只有在正向超过障壁电压时，二极管才会工作（此状态被称为正向偏置）[5]。一个正向偏置的二极管两端的电压降变化只与电流有一点关系，并且是温度的函数。因此这一特性可用于温度传感器或参考电压。

　　半导体二极管的非线性电流-电压特性，可以根据选择不同的半导体材料和掺杂不同的杂质从而形成杂质半导体来改变。特性改变后的二极管在使用上除了用做开关的方式之外，还有很多其他的功能，如：用来调节电压（齐纳二极管），限制高电压从而保护电路（雪崩二极管），无线电调谐（变容二极管），产生射频振荡（隧道二极管、耿氏二极管、IMPATT二极管）以及产生光（发光二极管）。

　　半导体二极管中，有利用P型和N型两种半导体接合面的PN结效应，也有利用金属与半导体接合产生的肖特基效应达到整流作用的类型。若是PN结型的二极管，在P型侧就是阳极，N型侧则是阴极。

　　二极管的阳极侧施加正电压，阴极侧施加负电压，这样就称为正向偏置，所加电压为正向偏置。如此N型半导体被注入电子，P型半导体被注入空穴。这样一来，让多数载流子过剩，耗尽层缩小、消灭，正负载流子在PN接合部附近结合并消灭。整体来看，电子从阴极流向阳极（电流则是由阳极流向阴极）。在这个区域，电流随着偏置的增加也急遽地增加。伴随着电子与空穴的再结合，两者所带有的能量转变为热（和光）的形式被放出。能让正向电流通过的必要电压被称为开启电压，特定正向电流下二极管两端的电压称为正向压降。

　　在阳极侧施加相对阴极负的电压，就是反向偏置，所加电压为反向偏置。这种情况下，因为N型区域被注入空穴，P型区域被注入电子，两个区域内的主要载流子都变为不足，因此结合部位的耗尽层变得更宽，内部的静电场也更强，扩散电位也跟着变大。这个扩散电位与外部施加的电压互相抵销，让反向的电流更难以通过。

　　实际的器件虽然处于反向偏置状态，也会有微小的反向电流（饱和电流、漏电流、漂移电流）通过。当反向偏置持续增加时，还会发生隧道击穿或雪崩击穿或崩溃，发生急遽的电流增加。开始产生这种击穿现象的（反向）电压被称为击穿电压。超过击穿电压以后反向电流急遽增加的区域被称为击穿区（崩溃区）。在击穿区内，电流在较大的范围内变化而二极管反向压降变化较小。稳压二极管就利用这个区域的动作特性而制成，可以作为电压源使用。