1、2.8 各種二極管 二極管除了利用pn結(jié)的整流特性以外，還有各種類(lèi)型的工作機(jī)理，其典型的類(lèi)別示于表1。二 極 管 種 類(lèi)工 作 原 理檢波管Pn結(jié)整流作用整流器pn結(jié)整流作用開(kāi)關(guān)二極管pn結(jié)整流作用低電壓二極管Pn結(jié)的擊穿特性變?nèi)荻O管Pn結(jié)耗盡層電容量肖特基勢(shì)壘二極管金屬-半導(dǎo)體接觸的整流作用檢波器(檢波用二極管)用于微小交流信號(hào)電路的小信號(hào)整流二極管，多用于高頻波。為此，盡可能將結(jié)容量做小，一方面結(jié)面積要做小，另一方面要做成盡量抑制容器的分布靜電容的結(jié)構(gòu)。對(duì)大電流進(jìn)行整流的器件稱(chēng)為整流器(整流二極管)，額定電流為數(shù)毫安至數(shù)千安培，反向耐壓從數(shù)十伏至數(shù)千伏，這些元件都已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。電力用二極

2、管的器件剖面如圖1所示，是一個(gè)p+nn+結(jié)構(gòu)，n層的寬度要小于載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度。為了使通常pn結(jié)的正向壓降減小，p和n區(qū)域的電阻值必須做小。這樣一來(lái)，如前面所述，由于耗盡層難以展寬，反向耐壓變低。要預(yù)防這種后果，可在高耐壓的二極管里，將高電阻的n型硅，做成以低阻的p型(p+)和n型(n+)交錯(cuò)重疊的結(jié)構(gòu)。這樣，p+n結(jié)產(chǎn)生的耗盡層能向整個(gè)n型區(qū)域擴(kuò)展，可以耐受高電壓。只是pn結(jié)接觸外部氣氛的表面部分，由于高電壓而會(huì)發(fā)生沿面放電，為了防止表面惡化而制作成斜角結(jié)構(gòu)，使沿表面距離變大，并涂覆硅橡膠等加以鈍化保護(hù)。 只是pn結(jié)接觸外部氣氛的表面部分，由于高電壓而會(huì)發(fā)生沿面放電，為了防止表面惡化而制作成

3、斜角結(jié)構(gòu)，使沿表面距離變大，并涂覆硅橡膠等加以鈍化保護(hù)。 一方面，在正向偏置時(shí)，大量空穴從p+區(qū)注入n區(qū)域，經(jīng)擴(kuò)散后流入到n+區(qū)，為了中和該n區(qū)域中大量過(guò)剩的空穴，從n+注入電子，由于這些高濃度的載流子，使n區(qū)域成為低電阻，將這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為電導(dǎo)率調(diào)制，其結(jié)果使正向壓降減小，從而，減小了二極管功耗。n區(qū)域的過(guò)剩載流子，即使去掉正偏也不會(huì)立即消失，所以，反向阻斷能力不能立即恢復(fù)。將回到阻斷恢復(fù)所需時(shí)間稱(chēng)為反向恢復(fù)時(shí)間。功率器件的開(kāi)關(guān)速度幾乎被這個(gè)恢復(fù)時(shí)間所左右。以高速開(kāi)關(guān)電路為目的所用的小型二極管，稱(chēng)為開(kāi)關(guān)二極管。摻入金等縮短載流子壽命的雜質(zhì)，可以使反向恢復(fù)時(shí)間做到10-810-9s左右。 穩(wěn)壓二極

4、管利用了當(dāng)pn結(jié)擊穿時(shí)，即使反向電流再增加，反向電壓也能保持幾乎不變的特性。利用這一特性的二極管稱(chēng)為齊納二極管。擊穿電壓在4V左右以下時(shí)，隨著溫度上升擊穿電壓變低的稱(chēng)為齊納擊穿，而在大約6V以上時(shí)，隨著溫度升高擊穿電壓變高的稱(chēng)為電子雪崩擊穿，由這些擊穿產(chǎn)生陡直上升的反向電流。5V左右時(shí)，兩種擊穿機(jī)構(gòu)交疊，使擊穿電壓的溫度依賴(lài)性變小。擊穿電壓(齊納電壓)2400V左右的各種齊納二極管被廣泛使用在穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路、基準(zhǔn)電壓電路以及限幅器等電路中。 由于pn結(jié)加電壓，使結(jié)的耗盡層厚度變化，其效果恰如一個(gè)電容器極板間距的變化，變?nèi)荻O管就是利用這一電容量變化效應(yīng)做成的二極管。為了使容量對(duì)電壓的依賴(lài)關(guān)

5、系變大，對(duì)pn結(jié)的雜質(zhì)濃度分布作了各種努力，這種電容量的變化廣泛用在同步電路的調(diào)諧和調(diào)頻等電路中。電視機(jī)調(diào)諧器的調(diào)諧二極管等就是近在身邊的應(yīng)用實(shí)例。 n型硅和金屬相接觸時(shí)，由于它們之間的功函數(shù)(使電子從某物質(zhì)逸出到真空中所需要的能量)差，會(huì)在界面附近建立一個(gè)與pn結(jié)相類(lèi)似的勢(shì)壘。稱(chēng)之為肖特基勢(shì)壘。當(dāng)肖特基勢(shì)壘的n型硅一側(cè)加正電壓、金屬一側(cè)加負(fù)電壓時(shí)就會(huì)有電流流通”。當(dāng)所加電壓相反時(shí)，如同pn結(jié)加反向偏壓一樣，就沒(méi)有電流流動(dòng)，這就是肖特基勢(shì)壘所具有的特征，也即具有整流特性，所以稱(chēng)它為肖特基勢(shì)壘二極管。 它與pn結(jié)二極管的基本區(qū)別，僅僅是金屬同電阻(n型硅)的接觸，所以沒(méi)有所謂的載流子的注入。因此，不存在像pn結(jié)型整流二極管那樣的被儲(chǔ)存的載流子糾纏住的反向恢復(fù)，所以能夠非常快的開(kāi)和關(guān)。而且，通過(guò)金屬材料可以調(diào)節(jié)肖特基勢(shì)壘的高度，與pn結(jié)相比，能使正向閾值電壓變小。 為了消除電導(dǎo)率調(diào)制，如將硅的電阻值和厚度做大，則由于正向電阻變高，二極管的功耗變大，所以不可能做成很高耐壓。作為外加電壓幾十伏左右以下的低壓、低功耗電力整流器或者作為高速二極管獲得了廣泛應(yīng)用。額定電壓1200V量級(jí)的二極管和40V量級(jí)的肖特基勢(shì)壘二極管的正向特性如圖33所示。 此外，應(yīng)用于千兆赫頻帶的放大器和微波振蕩器等中還有碰撞雪崩渡越時(shí)