分立器件通用技术介绍

分离器件通用技术介绍

图解半导体制程概论（3）

第四章分立器件

二极管的种类及其用法

二极管是一种具有1个PN接合的2个端子的器件。具有按照外加电压的方向，使电流流动或不

流动的性质。

二极管的基本特性

利用PN接合的少数载子的注入和扩散现象，只能一个方向（正向）上流通电流。如果在PN接合二极管的N型半导体加上负压、在P型半导体加上正电压，就可使电流流通。我们将该电流的流动方向叫做正向。如果外加正、负压与上述反方向的电压，则几乎不会流通电流。我们将该方向叫做反向。如果提高PN接合二极管的反向电压，则电流在某个电压值会急剧增加。我们将该电流叫做击穿电流。此时的电压值

对电流而言基本上为定值。

二极管的特性曲线和图形记号、结构

下图表示二极管的特性曲线和图形记号、结构图。

二极管的特性曲线

二极管的图形记号、结构

二极管的种类和应用

1）一般整流二极管

二极管在一般的应用上，有利用电流只在一个方向上流通的功能的交流电压主的整流电路。

2)齐纳二极管（Zener Diode）

利用PN接合二极管的反向击穿电压的即为齐纳二极管（恒定电压二极管）。由于该电压对于电流来说基本上为定值，因此用于恒定电压调节器的基准电压源或浪涌电压（异常电压）吸收等用途。

3）其它二极管

．进一步提高一般二极管的开关特性的高速恢复二极管（FRD）；

．接合金属和半导体来替代PN接合的肖特基势垒二极管（Schottky barrier diode）；．变容二极管、混合二极管、夹在真性半导体的I层中的PIN二极管等高频用二极管。

二极管的封装

1）单体

在一个封装中装一个器件的类型，使用最多。

2）中心抽头

用于一个封装内组装两个器件，且使用带有中心抽头的双绕线变压器的全波整流电路等。

3）串联

指两个二极管在内部串联，用于半波倍电压整流电路等。

4）桥式连接

如图所示，指装有四个二极管，用于将交流作全波整流时。

整流二极管的各种连接

二极管的各种封装

大电流整二极管的外观高速开关二极管

可以改善二极管的反向恢复特性，实现高速开关的二极管。用于在较高开关频率下动作的反相器、开关整流器的还流二极管、整流二极管。同时正向损失也可降低。

特征

PN接合二极管由于利用了少数载子，因此导电调制效果虽然可以降低正向电压，但少数载子所带有的反向恢复特性会阻碍高速切换。FRD和HED虽然都是PN接合二极管的一咱，但是将白金等重金属加入Si单结晶中，增加电子和空穴的再结合中心，能迅速消灭关断后的少数载子。同时，肖特基势垒二极管主要是由多数载子在运动，因此不会出现反向恢复特性。因此，运行也更快速。

反向恢复特性

PN接合二极管在正向电流的状态下突然施加反向电压的话，应付以在瞬间有较大的反向电流流通。这是因为从PN接合注入的少数载子反向移动，而该电流将流通直到少数载子流出或消灭为止。高速开关二极管用于缩短反向电流变为零为止的时间（反向恢复时间：trr）、改善反向电流波形的平滑性。

外加反向恢复电压时的少数载子的动作

反向恢复电流波形

种类

1）高速恢复二极管（FRD：Fast Recovery Diode）

高速恢复二极管在结构上和一般整流二极管基本相同，但它是一种有白金、金等掺杂物质扩散在Si 结晶中，增加了电子和空穴的再结合中心，关闭后少数载子会立刻被消灭的二极管。因此可以提高二极管的反向恢复特性（反向恢复时间：trr），实现高速动作。

2）高效二极管（HED：High Efficiency Diode）

高效二极管比上述FRD速度更快，损失更低（正向电压较低），因此它使用外延晶圆，在利用导电调制效果（参考PIN二极管）来降低正向电阻的同时，通过追加重金属扩散，能在不损坏正向特性的情况下，提高反向恢复特性。HED用于比FRD更为高速的开关电路。

3）肖特基势垒二极管（SBD：Schottky Barrier Diode）

真空能量等级和传导带等级的能量的差（称为电子亲和力）是利用金属和半导体的不同，根据和PN 接合不同的原理，通过改变外加电压的方向来控制电流开合的。它和利用少数载子扩散电流的PN接合不同，主要是利用多数载子的漂移电流，因此可以实现高速开关。肖特基势垒二极管和PN接合二极管相比反向电流较大，因此在高压下使用时容易发生热故障，使用时要非常小心。

肖特基势叠二极管的通电状态和记号

肖特基势叠二极管的阻止状态

封装

稳压二极管（齐纳二极管）

这是利用了PN接合的反向特性的二极管。用于基准电压源和浪涌电压的吸收。

结构、动作

如果将PN接合二极管的反向电压逐渐提升的话，PN接合部的电场会升高，某个电压点会产生较大的电流。齐纳二极管（也叫稳压二极管）正是积极利用了这种电压电流特性。这种电流开始急剧流动的现象就是由齐纳击穿，或者雪崩击穿引起的。齐纳击穿是由隧道效应引起的，由于强大的电场将束缚电子拉离了接合，成为自由电子，并形成了电流，因此该电压会保持负的温度系数。而所谓雪崩击穿，是空乏层的电场中被加速的电子、或者空穴的高能量赋予了束缚电子以能量，而成为自由电子的现象，这种新的电子也被加速，并让其他束缚电子成为自由电子的现象重复的结果，就是形成了较大的电流，该电压会保持正的温度系数。大约6V以下主要是齐纳击穿，而6V以上则主要是由雪崩击穿引起的。因此，大约在

5V时温度系数为零。

齐纳（稳压）二极管的图形记号、结构

齐纳（稳压）二极管的特性

用途

齐纳二极管用于串联稳压器的在准电压源或汽车的电源线、电话线的浪涌电压（异常高压脉冲电压）的吸收，或者连接在计算机等的连接器上，来保护连接连接器时产生的ESD（静电压破坏）等。

高频二极管

高频波用的二极管也分成如下各种类型

1）变容二极管；

2）PIN二极管；

3）穿透二极管；

4）雪崩二极管；

5）甘恩二极管；

6）阶跃恢复二极管。

（1）变容二极管

给二极管外加反向电压时产生的空乏区域，其电荷以空间性分离，因此其发挥如同电容器的作用。当外加在二极管上的电压（反向）增加的话，则空乏层的宽度随之扩大，正如电容器的2片电极之间的间隔变宽那样，因此二极管的容量不断变小。利用这种特性，用于调谐器等同步电路、调谐电路等。