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PN结二极管

一个PN 结二极管是由拥有很多自由空穴载子的高掺杂p 型半导体(p+层),同拥有很多自由电子的高掺杂n 型半导体(n+层)及低掺杂n 型半导体(n-层)(也可是本征半导体层i)组成的,其宽度wp 和掺杂度决定了最大截止电压。在PN 结两边因为电子和空穴的再结合而形成不带电的离子,这样就会在PN 结附近形成一个很薄的层,就是隔离层,在其中没有自由移动的带电离子。这些离子会在p-和 n-半导体之间在没有任何外加电压时就形成一个电位差。我们称这个区间为空间电荷区。当在p-硅半导体接负电压和在n-硅半导体上接正电压时,在n-硅半导体中自由电子就会被吸到负极,而p-硅半导体中空穴载子流到正极。空间电荷区就会被加宽,pn 结的电场被增强。二极管被反向连接,这时几乎没有电流流过二极管。当二极管被反向连接时二极管会有一个很小的反向截止电流。它是因为在空间电荷区的带电离子,通过温度和辐射得到能量,挣脱了空间电荷区,流到两极而形成的电流。
当在p-硅半导体接正电压和在n-硅半导体上接负电压时,在n-硅半导体中自由电子就会被压到空间电荷区,而p-硅半导体的空穴载子同样被压到空间电荷区。空间电荷区就会压缩最后消失。外接的电流源会不断提供带电离子,这时就有电流流过二极管。二极管在导通时被正向连接。
肖特基二极管
在肖特基二极管中,金属半导体结合层接替PN 结二极管中PN 结的作用。二者的重要区别就是PN 结二极管中的导电离子是带负电的自由电子和带正电的空穴载子,我们称之为双极器件。在肖特基二极管中只有带负电的自由电子,我们称之为单极器件。这种区别会对他们在动态特性带来很大不同。

2.2.1.3 静态特性
导通特性
当电压超过门限电压(硅材料是0,7 伏)时,随着正向电压增加,电流很陡上升(见图2.2.2)。当电流很大,其值远远超过容许的正向电流值时,才变得平坦。在中小电流时正向导通电压同温度系数成反比,即在电流为常数时,温度越高正向导通电压就越低。在大电流时情况正相反。电流流过二极管会产生损耗(等于电流乘以电压),会使二极管变热,这个热量就限制二极管的允许正向电流值,因为过大会烧坏二极管。
截止特性当二极管被电压源反向连接时,在开始的几伏的范围内,截止电流缓慢上升然后基本不变。截止电流受温度影响很大并随着温度的升高而提高,特别是肖特基二极管。这时出现的损耗(等于截止电流乘以截止电压)在实际应用中很小,以致可以忽略(肖特基二极管列外)。当提高外接电压就会进入穿透区,(见图2.2.2),截止电流上升很陡。这时就会出现齐纳效应和雪崩效应。
齐纳效应
在二极管中掺杂度很高的n-半导体构成空间电荷区中,当其电场很高时,以致是能把硅原子的电子拽掉,成为自由带电离子,这时电流上升很陡,这就是齐纳效应。这时的电压被称为齐纳电压,它同温度成反比。只有当空间电荷区的电场很高时才出现齐纳效应。它反映在二极管上就是相对较低的反向击穿电压。一般为5,7V。对再高的反向击穿电压就会出现雪崩效应。

雪崩效应
通过加温和辐射可在空间电荷区产生带电离子(电子和空穴)。当它们在空间电荷区被很强大的电场加速,并同其他原子碰撞而产生新的带电离子。这时带电离子的数量如同雪崩一样增加,同样反向截止电流也快速上升。这就是雪崩效应。这时的电压同温度成正比,既随着温度的升高而升高。当反向击穿电压大于5,7V 时,都应看成是雪崩效应。但在实际中常常把雪崩二极管错看成是齐纳二极管。它一定要按照给出的参数数据,并在规定的条件范围内使用。

2.2.1.4 动态特性
开通特性
在二极管进入开通状态时,两端的电压会上升到开启峰值VFRM。当n-型半导体内被带电离子充满时,电压开始回降到静态导通电压VF(见图2.2.4)。开启时间(正向恢复时间)一般在100ns。当电流上升的越陡和n-型半导体的宽度越宽,开启峰值VFRM就越高,它有时会超过300V。
二极管的开通特性

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