二極管的工作原理

　　晶體二極管為一個(gè)由p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體形成的 p-n 結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于 p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流 I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n 結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。

二極管的類型

二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge 管）和硅二極管（Si 管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個(gè)“PN 結(jié)”。由于是點(diǎn)接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機(jī)的檢波等。面接觸型二極管的“PN 結(jié)”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。

一、根據(jù)構(gòu)造分類

半導(dǎo)體二極管主要是依靠PN 結(jié)而工作的。與 PN 結(jié)不可分割的點(diǎn)接觸型和肖特基型，也被列入一般的二極管的范圍內(nèi)。包括這兩種型號(hào)在內(nèi)，根據(jù) PN 結(jié)構(gòu)造面的特點(diǎn)，把晶體二極管分類如下：

1、點(diǎn)接觸型二極管

點(diǎn)接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后，再通過電流法而形成的。因此，其PN 結(jié)的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結(jié)型相比較，點(diǎn)接觸型二極管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大電流和整流。因?yàn)闃?gòu)造簡(jiǎn)單，所以價(jià)格便宜。對(duì)于小信號(hào)的檢波、整流、調(diào)制、混頻和限幅等一般用途而言，它是應(yīng)用范圍較廣的類型。

2、鍵型二極管

鍵型二極管是在鍺或硅的單晶片上熔接或銀的細(xì)絲而形成的。其特性介于點(diǎn)接觸型二極管和合金型二極管之間。與點(diǎn)接觸型相比較，雖然鍵型二極管的PN 結(jié)電容量稍有增加，但正向特性特別優(yōu)良。多作開關(guān)用，有時(shí)也被應(yīng)用于檢波和電源整流（不大于 50mA）。在鍵型二極管中，熔接金絲的二極管有時(shí)被稱金鍵型，熔接銀絲的二極管有時(shí)被稱為銀鍵型。

3、合金型二極管

在N 型鍺或硅的單晶片上，通過合金銦、鋁等金屬的方法制作 PN 結(jié)而形成的。正向電壓降小，適于大電流整流。因其 PN 結(jié)反向時(shí)靜電容量大，所以不適于高頻檢波和高頻整流。

4、擴(kuò)散型二極管

在高溫的P 型雜質(zhì)氣體中，加熱 N 型鍺或硅的單晶片，使單晶片表面的一部變成 P 型，以此法 PN 結(jié)。因 PN 結(jié)正向電壓降小，適用于大電流整流。最近，使用大電流整流器的主流已由硅合金型轉(zhuǎn)移到硅擴(kuò)散型。

5、臺(tái)面型二極管

PN 結(jié)的制作方法雖然與擴(kuò)散型相同，但是，只保留 PN 結(jié)及其必要的部分，把不必要的部分用藥品腐蝕掉。其剩余的部分便呈現(xiàn)出臺(tái)面形，因而得名。初期生產(chǎn)的臺(tái)面型，是對(duì)半導(dǎo)體材料使用擴(kuò)散法而制成的。因此，又把這種臺(tái)面型稱為擴(kuò)散臺(tái)面型。對(duì)于這一類型來說，似乎大電流整流用的產(chǎn)品型號(hào)很少，而小電流開關(guān)用的產(chǎn)品型號(hào)卻很多。

6、平面型二極管

在半導(dǎo)體單晶片（主要地是N 型硅單晶片）上，擴(kuò)散 P 型雜質(zhì)，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在 N 型硅單晶片上僅選擇性地?cái)U(kuò)散一部分而形成的 PN 結(jié)。因此，不需要為調(diào)整 PN 結(jié)面積的藥品腐蝕作用。由于半導(dǎo)體表面被制作得平整，故而得名。并且，PN 結(jié)合的表面，因被氧化膜覆蓋，所以公認(rèn)為是穩(wěn)定性好和壽命長(zhǎng)的類型。最初，對(duì)于被使用的半導(dǎo)體材料是采用外延法形成的，故又把平面型稱為外延平面型。對(duì)平面型二極管而言，似乎使用于大電流整流用的型號(hào)很少，而作小電流開關(guān)用的型號(hào)則很多。

7、合金擴(kuò)散型二極管

它是合金型的一種。合金材料是容易被擴(kuò)散的材料。把難以制作的材料通過巧妙地?fù)脚潆s質(zhì)，就能與合金一起過擴(kuò)散，以便在已經(jīng)形成的PN 結(jié)中獲得雜質(zhì)的恰當(dāng)?shù)臐舛确植?。此法適用于制造高靈敏度的變?nèi)荻O管。

8、外延型二極管

用外延面長(zhǎng)的過程制造PN 結(jié)而形成的二極管。制造時(shí)需要非常高超的技術(shù)。因能隨意地控制雜質(zhì)的不同濃度的分布，故適宜于制造高靈敏度的變?nèi)荻O管。

9、肖特基二極管

基本原理是：在金屬（例如鉛）和半導(dǎo)體（N 型硅片）的接觸面上，用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與 PN 結(jié)的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有 40V 左右。其特長(zhǎng)是：開關(guān)速度非常快：反向恢復(fù)時(shí)間 trr 特別地短。因此，能制作開關(guān)二極和低壓大電流整流二極管。