整流二極管

二極管 - 具有一個 p-n 結的雙電極半導體器件，具有單側電流傳導。有許多不同類型的二極管 - 整流器、脈衝、隧道、反向、微波二極管，以及齊納二極管、變容二極管、光電二極管、LED 等。

整流二極管

整流二極管的操作由電 p-n 結的特性來解釋。

在兩個半導體的邊界附近，形成了一個沒有移動電荷載流子（由於復合）並具有高電阻的層——所謂的阻擋層。該層決定了接觸電位差（勢壘）。

如果在 p-n 結上施加外部電壓，在與電場相反的方向上產生電場，則該層的厚度將減小，並且在 0.4-0.6 V 的電壓下，阻擋層將消失，電流將顯著增加（這種電流稱為直流電）。

整流二極管當外接不同極性的電壓時，阻擋層會增加，p—n結的電阻會增加，即使在較高的電壓下，由於少數載流子的移動而產生的電流也可以忽略不計。

二極管的正向電流由主要載流子產生，反向電流由少數載流子產生。二極管沿從陽極到陰極的方向傳遞正（正向）電流。

在圖。圖 1 顯示了整流二極管的常規圖形名稱 (UGO) 和特性（它們的理想和實際電流-電壓特性）。原點處二極管電流-電壓特性 (CVC) 的明顯不連續性與圖中第一和第三象限中不同的電流和電壓標度有關。兩個二極管輸出：UGO 中的陽極 A 和陰極 K 未指定，並在圖中顯示以進行說明。

實際二極管的電流-電壓特性顯示了電擊穿區域，當反向電壓小幅增加時，電流急劇增加。

電氣損壞是可逆的。當返回工作區域時，二極管不會失去其特性。如果反向電流超過一定值，那麼電氣故障就會隨著器件的失效變成不可逆的熱故障。

米。 1、半導體整流器：a——常規圖形表示，b——理想電流-電壓特性，c——實際電流-電壓特性

該行業主要生產鍺（Ge）和矽（Si）二極管。

整流二極管

矽二極管具有較低的反向電流、較高的工作溫度（150 — 200°C 與 80 — 100°C）、承受高反向電壓和電流密度（60 — 80 A/cm2 與 20 — 40 A/cm2）。此外，矽是一種常見元素（不同於鍺二極管，它是一種稀土元素）。

鍺二極管的優點包括直流電流流動時的低電壓降（0.3 - 0.6 V 與 0.8 - 1.2 V）。除了列出的半導體材料外，砷化鎵GaAs還用於微波電路。

按生產工藝，半導體二極管分為點狀和平面狀兩大類。

點型二極管由一塊面積為0.5—1.5mm2的n型Si或Ge板與接觸點處的鋼針構成p—n結。由於面積小，結電容小，因此這種二極管可以工作在高頻電路中，但通過結的電流不能很大（一般不超過100mA）。

平面二極管由兩個相連的具有不同電導率的 Si 或 Ge 板組成。大的接觸面積導致大的結電容和相對較低的工作頻率，但流過的電流可能很大（高達 6000 A）。

整流二極管的主要參數有：

根據第一個參數，整流二極管分為：

脈衝二極管用於具有所施加電壓的脈衝特性的低功率電路中。對它們的一個獨特要求是從關閉狀態到打開狀態的轉換時間短，反之亦然（典型時間為 0.1 - 100 μs）。 UGO脈衝二極管與整流二極管相同。

如圖。 2. 脈衝二極管中的瞬態過程：a — 將電壓從正向切換為反向時電流的依賴性，b — 電流脈衝通過二極管時電壓的依賴性

脈衝二極管的具體參數包括：

當 p 區和 n 區的雜質濃度大於傳統整流器時獲得的倒置二極管。這種二極管在反向連接時（圖3）對正向電流的電阻較低，而在直接連接時電阻相對較高。因此，它們被用於校正電壓幅度為零點幾伏的小信號。

米。 3、反相二極管的UGO和VAC

通過金屬-半導體躍遷獲得的肖特基二極管。在這種情況下，使用具有相同半導體的高電阻薄外延層的低電阻 n 型矽（或碳化矽）襯底（圖 4）。

米。 4. UGO與肖特基二極管的結構：1——低阻矽初始晶體，2——高阻矽外延層，3——空間電荷區，4——金屬接觸

金屬電極應用於外延層的表面，提供整流但不會將少數載流子注入核心區域（最常見的是金）。因此，在這些二極管中，不存在基極中少數載流子的積累和吸收這樣緩慢的過程。因此，肖特基二極管的慣性並不高。它由整流器觸點的勢壘電容值 (1 — 20 pF) 決定。

此外，肖特基二極管的串聯電阻明顯低於整流二極管的串聯電阻，因為金屬層與任何甚至高摻雜半導體相比具有低電阻。這允許使用肖特基二極管來整流大電流（數十安培）。它們通常用於開關次級以整流高頻電壓（高達數 MHz）。

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