二极管是一种具有单向导电特性的半导体器件,由一个 PN 结、电极引线和外壳封装而成。PN 结是其重要结构,P 型半导体一侧带正电,富含空穴;N 型半导体一侧带负电,含有大量自由电子。当二极管两端施加正向电压(阳极接正,阴极接负)且超过其导通阈值(硅管约 0.7V,锗管约 0.3V)时,PN 结变窄,载流子扩散形成正向电流,此时二极管处于导通状态;而施加反向电压时,PN 结变宽,只存在微弱的反向饱和电流,二极管截止。这种单向导电特性使二极管能够实现整流、限幅、稳压等功能,广泛应用于各类电子电路中,如同电路中的 “单向阀门”,控制电流的流向与大小。二极管按材料可分为硅管和锗管,二者在性能上略有差异。STTH2003
掺杂工艺:掺杂是为了在硅中引入特定的杂质,形成P型或N型半导体。在制造P型半导体时,通常采用硼等三价元素作为杂质进行掺杂。这可以通过离子注入或扩散等方法实现。离子注入是将硼离子加速后注入到硅片中,其优点是可以精确控制杂质的浓度和深度;扩散法则是将硅片置于含有硼杂质的气体环境中,在高温下使杂质扩散到硅片中。制造N型半导体则使用磷等五价元素进行类似的掺杂操作。在形成P型和N型半导体之后,就是PN结的制造。这通常通过光刻和蚀刻等工艺来实现。光刻工艺就像在硅片上进行精确的绘画,利用光刻胶和紫外线曝光等技术,在硅片上定义出需要形成PN结的区域。然后通过蚀刻工艺,去除不需要的半导体材料,精确地形成PN结。这个过程需要极高的精度,因为PN结的质量直接影响二极管的性能,如正向导通特性和反向截止特性。STGWS38IH130D二极管的价格相对低廉,这使得它在电子制造业中得到了广泛应用。
变容二极管利用了 PN 结的电容随反向电压变化的特性。当反向电压增大时,PN 结的空间电荷区变宽,等效电容减小;反之,反向电压减小时,电容增大。在电子调谐电路中,变容二极管被广泛应用。例如在收音机的调谐电路里,通过改变加在变容二极管两端的电压,调整其电容值,从而改变 LC 谐振回路的谐振频率,实现对不同频率电台信号的接收。在电视机的高频头中,变容二极管同样用于频道调谐,使电视能够准确接收不同频道的节目信号,为用户提供丰富的视听选择,在电子设备的频率调节和信号处理中发挥着关键作用。
太阳能电池中也用到了二极管的原理。太阳能电池的重点是 P - N 结,当太阳光照射到太阳能电池的半导体材料上时,光子激发产生电子 - 空穴对。在 P - N 结内建电场的作用下,电子向 N 区移动,空穴向 P 区移动,从而在太阳能电池的两端产生电势差。为了防止太阳能电池在夜间或无光照条件下,蓄电池中的电流反向流入太阳能电池,通常会在太阳能电池的输出端连接一个二极管,这个二极管起到了单向导通的作用,保护了太阳能电池和蓄电池。此外,在太阳能电池的阵列中,二极管还可以用于防止局部阴影等原因导致的电流反向流动,确保整个太阳能发电系统的稳定性和安全性。在数字电路中,二极管常被用作逻辑门的基本组件,实现信号的逻辑运算。
稳压二极管(齐纳二极管)利用反向击穿特性实现稳压功能。当反向电压达到其击穿电压时,即使电流在较大范围内变化,二极管两端的电压仍能保持基本稳定。稳压电路中,稳压二极管与限流电阻串联接入电源,通过调整限流电阻的阻值,控制流过稳压二极管的电流,使其工作在反向击穿区。这种电路常用于为电子设备提供稳定的参考电压,如在单片机系统中为芯片供电,确保电源电压不受输入电压波动或负载变化的影响。与普通二极管不同,稳压二极管正常工作在反向击穿状态,且具有良好的可逆性,只要电流和功耗控制在允许范围内,不会因击穿而损坏,是稳定电压的重要器件。瞬态抑制二极管(TVS)在遭遇浪涌电压时迅速导通泄流,为电子设备提供可靠的过电压保护。福建BAV99,235二极管稳压二极管
二极管的工作温度范围对其性能和使用寿命有重要影响。STTH2003
二极管的制造是一个复杂而精细的过程,涉及到多种先进的半导体制造工艺,这些工艺确保了二极管的高质量和稳定性能。首先是半导体材料的准备。对于硅二极管,通常以高纯度的硅为原料。硅材料需要经过一系列的提纯过程,以去除其中的杂质,使硅的纯度达到极高的水平,一般要求达到99.9999%以上。这个提纯过程可以采用化学气相沉积(CVD)等方法,在高温、高压等特定条件下,将不纯的硅转化为高纯度的多晶硅。然后通过拉晶等工艺,将多晶硅制成单晶硅棒,这是后续制造二极管的基础材料。STTH2003