半導體制程—分立器件

??????? 二極管的種類及其用法

　　二極管是一種具有1個PN接合的2個端子的器件。具有按照外加電壓的方向，使電流流動或不流動的性質。

　　二極管的基本特性

　　利用PN接合的少數載子的注入和擴散現象，只能一個方向(正向)上流通電流。如果在PN接合二極管的N型半導體加上負壓、在P型半導體加上正電壓，就可使電流流通。我們將該電流的流動方向叫做正向。如果外加正、負壓與上述反方向的電壓，則幾乎不會流通電流。我們將該方向叫做反向。如果提高PN接合二極管的反向電壓，則電流在某個電壓值會急劇增加。我們將該電流叫做擊穿電流。此時的電壓值對電流而言基本上為定值。

　　二極管的特性曲線和圖形記號、結構

　　下圖表示二極管的特性曲線和圖形記號、結構圖。

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　　二極管的特性曲線

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　　二極管的圖形記號、結構

　　二極管的種類和應用

　　1)一般整流二極管

　　二極管在一般的應用上，有利用電流只在一個方向上流通的功能的交流電壓主的整流電路。

　　2)齊納二極管(Zener Diode)

　　利用PN接合二極管的反向擊穿電壓的即為齊納二極管(恒定電壓二極管)。由于該電壓對于電流來說基本上為定值，因此用于恒定電壓調節器的基準電壓源或浪涌電壓(異常電壓)吸收等用途。

　　3)其它二極管

　　.進一步提高一般二極管的開關特性的高速恢復二極管(FRD);

　　. 接合金屬和半導體來替代PN接合的肖特基勢壘二極管(Schottky barrier diode);

　　. 變容二極管、混合二極管、夾在真性半導體的I層中的PIN二極管等高頻用二極管。

　　二極管的封裝

　　1)單體

　　在一個封裝中裝一個器件的類型，使用最多。

　　2)中心抽頭

　　用于一個封裝內組裝兩個器件，且使用帶有中心抽頭的雙繞線變壓器的全波整流電路等。

　　3)串聯

　　指兩個二極管在內部串聯，用于半波倍電壓整流電路等。

　　4)橋式連接

　　如圖所示，指裝有四個二極管，用于將交流作全波整流時。

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　　整流二極管的各種連接

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　　二極管的各種封裝

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　　大電流整二極管的外觀

　　高速開關二極管

　　可以改善二極管的反向恢復特性，實現高速開關的二極管。用于在較高開關頻率下動作的反相器、開關整流器的還流二極管、整流二極管。同時正向損失也可降低。

　　特 征

　　PN接合二極管由于利用了少數載子，因此導電調制效果雖然可以降低正向電壓，但少數載子所帶有的反向恢復特性會阻礙高速切換。FRD和HED雖然都是PN接合二極管的一咱，但是將白金等重金屬加入Si單結晶中，增加電子和空穴的再結合中心，能迅速消滅關斷后的少數載子。同時，肖特基勢壘二極管主要是由多數載子在運動，因此不會出現反向恢復特性。因此，運行也更快速。

　　反向恢復特性

　　PN接合二極管在正向電流的狀態下突然施加反向電壓的話，應付以在瞬間有較大的反向電流流通。這是因為從PN接合注入的少數載子反向移動，而該電流將流通直到少數載子流出或消滅為止。高速開關二極管用于縮短反向電流變為零為止的時間(反向恢復時間：trr)、改善反向電流波形的平滑性。

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　　外加反向恢復電壓時的少數載子的動作

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　　反向恢復電流波形

　　種 類

　　1)高速恢復二極管(FRD：Fast Recovery Diode)

　　高速恢復二極管在結構上和一般整流二極管基本相同，但它是一種有白金、金等摻雜物質擴散在Si結晶中，增加了電子和空穴的再結合中心，關閉后少數載子會立刻被消滅的二極管。因此可以提高二極管的反向恢復特性(反向恢復時間：trr)，實現高速動作。

　　2)高效二極管(HED：High Efficiency Diode)

　　高效二極管比上述FRD速度更快，損失更低(正向電壓較低)，因此它使用外延晶圓，在利用導電調制效果(參考PIN二極管)來降低正向電阻的同時，通過追加重金屬擴散，能在不損壞正向特性的情況下，提高反向恢復特性。HED用于比FRD更為高速的開關電路。