
一、晶体二极管的主要参数
用来表示二极管性能和应用范围的技术指标称为二极管参数。不同类型的二极管具有不同的特性参数。
1、伏安特性
二极管加直流电压,电压值小时,电流极小;当电压超过0.6V时,电流开始呈指数增长,通常称为二极管的导通电压。当电压达到大约0.7V时,二极管完全导通。这个电压通常称为二极管的导通电压,用符号UD表示。对于锗二极管,开启电压为0.2V,开启电压UD约为0.3V.反向电压被施加到二极管上。当电压值较小时,电流极小,其电流值为反向饱和电流is。当反向电压超过一定值时,电流开始急剧增加,称为反向击穿,这个电压称为二极管反向击穿电压,用符号UBR表示。不同类型二极管的击穿电压UBR差别很大,从几十伏到几千伏不等。
2、正向特性
施加直流电压时,在正向特性开始时,直流电压太小,无法克服PN结中电场的阻挡作用,正向电流几乎为零,称为死区。这种不能导通二极管的直流电压称为死区电压。当直流电压大于死区电压时,PN结内的电场被克服,二极管正向导通,电流随着电压的升高而迅速上升。在正常电流范围内,二极管导通时的端电压几乎保持不变,这个电压称为二极管的直流电压。
3、反向特性
当施加的反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流就是少数载流子漂移运动形成的反向电流。因为反向电流非常小,二极管处于关断状态。这个反向电流也叫反向饱和电流或漏电流,二极管的反向饱和电流受温度影响很大。一般来说,硅管的反向电流比锗管小得多。小功率硅管的反向饱和电流在nA量级,小功率锗管的反向饱和电流在 A量级.温度升高,半导体受热激发,少数载流子增加,反向饱和电流也增加。
4、故障特征
当施加的反向电压超过一定值时,反向电流会突然增大,这就是所谓的电击穿。导致电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。当它被电死时,二极管失去其单向导电性。如果二极管没有因电击穿而过热,则单边导电性可能不会被永久破坏,在去掉外部电压后其性能仍可恢复,否则二极管将被损坏。因此,使用时应避免二极管施加过大的反向电压。
根据机理,反向击穿可分为钠击穿和雪崩击穿两种情况。在高掺杂浓度的情况下,由于势垒区宽度小,反向电压高,势垒区的共价键结构被破坏,价电子从共价键中游离出来,产生电子-空穴对,导致电流急剧增加。这种击穿称为齐纳击穿。如果掺杂浓度低,势垒区宽度宽,不容易产生齐纳击穿。
另一种击穿是雪崩击穿。当反向电压增大到较大值时,外加电场加快了电子漂移速度,从而与共价键中的价电子发生碰撞,将价电子撞出共价键,产生新的电子-空穴对。新产生的电子空穴被电场加速后撞出其他价电子,载流子以雪崩方式增加,导致电流急剧增加。这种击穿称为雪崩击穿。无论哪种击穿,如果不限制电流,都可能对PN结造成永久性损伤。
5、动态电阻
钍
最大整流电流是指二极管长时间连续工作时所允许的最大正向平均电流,与PN结面积和外部散热条件有关。因为当电流通过管子时,管芯会发热,温度会升高。当温度超过允许极限时(硅胶管约141,锗管约90),管芯会过热而损坏。因此,在规定的散热条件下,使用时不得超过二极管的最大整流电流值。
二、按结构分类
半导体二极管主要靠PN结工作。与PN结密不可分的点接触型和肖特基型也包含在一般二极管的范围内。包括这两种型号,根据PN结结构表面的特点,晶体二极管分类如下:
1、点接触二极管
点接触二极管是通过在由锗或硅制成的单个晶片上按压金属引脚,然后通过电流方法形成的。因此其PN结静电容量小,适用于高频电路。但点接触二极管与结型二极管相比,正反向特性较差,不能用于大电流和整流。因为结构简单,所以便宜。对于小信号的检测、整流、调制、混频和限幅等一般用途,它是一种广泛使用的类型。
2、钥匙二极管
通过在锗或硅的单个晶片上熔断丝或银丝来形成键合二极管。其特性介于点接触二极管和合金二极管之间。与点接触型相比,虽然键合二极管的PN结电容略有增加,但正向特性特别优异。多用于开关,有时用于检测和电源整流(不大于50mA)。在键合二极管中,用金线焊接的二极管有时称为金键型,用银线焊接的二极管有时称为银键型。
3、合金二极管
在N型锗或硅的单晶片上,通过将铟、铝和其他金属合金化来形成PN结。直流压降小,适合大电流整流。由于PN结反向时静电容量大,不适合高频检测和高频整流。
4、扩散二极管
在高温P型杂质气体中,加热N型锗或硅的单晶片,使单晶片表面的一部分变成P型,从而形成PN结。由于PN结的直接压降小,适合大电流整流。最近使用大电流整流器的主流已经从硅合金型转变为硅扩散型。
5、台面二极管
虽然PN结的制作方法与扩散型相同,但只保留了PN结及其必要部分,不必要的部分被药物腐蚀。其余部分呈现表面形状,因此得名。早期产生的台面型是用半导体材料通过扩散法制作的。所以这种台面也叫扩散台面。对于这种类型,似乎大电流整流的产品型号很少,小电流开关的产品型号很多。
6、平面二极管
在单个半导体晶片(主要是N型硅单晶晶片)上,扩散P型杂质,并且通过利用硅晶片表面上的氧化膜的屏蔽效应,只有它们的一部分选择性地扩散在N型硅单晶晶片上。所以不需要化学腐蚀来调整PN结面积。因为半导体表面做得很平,所以得名。此外,PN键合表面被认为是具有良好稳定性和长寿命的类型,因为它被氧化膜覆盖。最初使用的半导体材料是外延形成的,所以平面型也叫外延平面型。对于平面二极管,似乎用于大电流整流的模型很少,但用于小电流开关的模型很多。
7、肖特基二极管
基本原理是:在金属(如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,利用形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基和PN结在整流原理上有本质区别。它的耐压只有40 V左右,它的特点是:开关速度非常快;反向恢复时间trr特别短。因此,开关二极管和低压大电流rec
它是一种合金类型。合金材料是容易扩散的材料。通过巧妙地掺杂杂质,可以使难以制作的材料与合金过扩散,从而在形成的PN结中获得合适的杂质浓度分布。这种方法适用于制造高灵敏度的变容二极管。
9、外延二极管
通过制造具有长外延平面的PN结而形成的二极管。这需要很高的制造技术。由于可以随意控制不同浓度杂质的分布,适合制造高灵敏度的变容二极管。
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