芯片中的二极管

二极管是电子元件中有两个电极的器件，只允许电流单向流动(称为正向偏置)。我们通常称之为“纠偏”功能。反向阻断(称为反向偏置)。因此，二极管可以被认为是一个电子止回阀。

二极管有很多应用，包括整流、检测、开关、变容二极管、发光、稳压等。大多数应用使用二极管整流功能。

二极管的结构由PN结、相应的电极引线和封装组成。

利用不同的掺杂工艺，在同一半导体(通常是硅或锗)衬底上通过扩散制作P型半导体和N型半导体，在它们的界面处形成空之间的电荷区，称为PN结。

从P区引出的电极称为阳极，从N区引出的电极称为阴极。由于PN结的单向导通性，当二极管导通时，电流方向从阳极通过管内流向阴极。

二极管的电路符号如图所示。二极管有两个电极，从P区引出的电极是正极，也叫阳极；从N区引出的电极是负电极，也称为阴极。三角形箭头的方向表示正向电流的方向，二极管的字符符号为VD。

二极管的发展历史和原理特性

简要介绍二极管的历史和原理。

1.在真正的空管之前

1884年发现二极管true 空管具有整流特性和爱迪生效应。其实八年前，1876年就发现了硒的整流效应。利用半导体特性达到整流效果的二极管历史非常悠久。不过有点意外的是比真空管还老。

2.锗，其次是硅

最初，最初的二极管-硒整流器和矿物探测器使用黄铁矿和方铅矿等天然次酸化铜(多晶半导体)。

此后随着提炼技术的进步，走向了锗、硅等高灵敏度、稳定生产的单晶半导体时代。锗热特性弱，现在几乎都用硅。

3.PN组合的整流效应

二极管是PN结结构。P型半导体的端子称为阳极，N型半导体的端子称为阴极。

电流只能从阳极流向阴极，几乎没有电流从阴极流向阳极。

这种效应叫做整流效应，换句话说，就是把交流电转换成DC的效应。

4.二极管是一种开关。

二极管的功能是开关，开关电流。如果把电流比作水流，阳极在上游，阴极在下游，水可以从上游流向下游，也就是说，电流可以向下流动，但不能从下游流向上游。这就是二极管的整流效应。

5.还有各种关节结构。

二极管的结结构现在有PN结和肖特基两种形状。前者是半导体和半导体的结合，细分为扩散键合形状和台面形貌。后者是半导体和金属之间的效应。这种结合的语言通常不用二极管来表达。这里列出来是为了便于理解。

6.正向特性和反向特性

二极管有两个端子，阳极和阴极，阳极(+)和阴极(-)。电流从阳极流向阴极的特性称为正向特性，如VF，IF。相反，当从阳极(-)向阴极(+)施加电流时，基本上没有电流流过二极管。此时的特性称为反方向特性，如VR、IR等反方向特性。

二极管的分类

根据电路的功能和产品的尺寸，二极管可以分为两种类型。麻烦的是，这两种分类并不直接相关，所以经常需要将两者都记在心里。可以理解为基础功能辅以各种形状。

1.按频率分类

最基本的分类方法。二极管按其特性分为整流二极管、开关二极管、肖特基势垒二极管、齐纳二极管和高频用高频二极管。另外，一般采用齐纳二极管作为保护元件，但随着外围电路的精细化和应用的小型化，需要更高性能的保护元件——TVs(瞬态电压抑制器)。

2.按结构分类

按照素子结构，主要分为目前主流的平面形态和耐高压平台地形。

平面类型:

目前最常用的半导体键合方法是在硅衬底上形成氧化膜，在需要的地方开孔扩散键合杂质。

扩散型(PN型):

杂质热扩散到硅半导体中，形成称为P型和N型的杂质扩散场。这种结合产生了一种称为潜在壁的壁。

肖特基势垒类型:

利用金属和半导体结合产生的电势的壁称为肖特基势垒。很久以前就知道金属和半导体接触时具有整流特性，但理论上的解释是Shotoky先生，所以这种结构的名字叫肖特基势垒。与PN整形相比，恢复时间快，所以高频整流效果很好，而且正向电压也低，功耗也低，所以广泛应用于高频整流。

桌面类型:

结合富士山，这种结构的反向电压(VR)有增大的趋势，多用于整流二极管。很容易使耐压变大，但反过来，反向电流也比平面形状变大。我们公司的整流二极管就是这种结构。

3.根据正向电流的大小分类

根据正向电流，如果小于1A称为小信号二极管，如果大于1A称为中功率/大功率二极管。

4.根据集成级别分类

我公司的强项是二极管排列，指的是二极管集中的复合二极管。最近，我公司又丰富了齐纳二极管、肖特基二极管复合产品等丰富系列。

5.按形状分类

包装，实际安装形状，二极管有各种形状。一般分为插片式和贴片式。前几年SMD成为市场主流，我们公司也有实质性的SMD形状系列。

二极管的应用

二极管基本上用在所有的电子电路中，它有许多特性，其中最重要的是单向导电性。人们利用这些不同的特性形成各种特定的应用电路。

①整流二极管

整流二极管，顾名思义，是指对工频交流电进行整流的二极管。整流的主要目的是将交流电转换成DC，具有高电压、大电流的特点。

此外，根据使用频率和条件，转换效率不同，提供低VF(直流电压)、高速开关型、低噪声的产品。

[整流电路的组成]

②开关二极管

顾名思义，是指具有开关功能的二极管。该二极管具有当正向施加电压时电流通过(导通),当反向施加电压时电流停止(截止)的性能。与其他二极管相比，恢复时间(trr)短，开关特性优异。

反向恢复时间

恢复时间(trr)是指开关二极管从导通状态到完全关断状态的时间。一般电子关断后不能瞬间停止，有一定量的反向电流流过。漏电流越大，损耗越大。FRD(快速恢复二极管)等产品也在开发中，这些产品可以优化材料或扩散重金属，以缩短trr并抑制反冲后的振铃。

特点:trr是指电压反向后到电流变为零的时间。如果trr很快，就可以实现低损耗和高速开关。

③肖特基势垒二极管

一般二极管利用PN结发挥二极管特性，肖特基势垒二极管利用金属和半导体结产生的肖特基势垒。

与普通PN结二极管相比，它具有直流电压低、开关速度快的特点。但是，漏电流(IR)较大，如果热设计错误，会有热失控的缺点。

广泛应用于电源的二次侧整流。根据所用金属的不同，其特性也不同。罗门使用多种金属推出以下产品系列。

低VF RB**1系列低IR RB**0系列超低IR RB**8系列车用

特点:通过改变金属类型，可以制造低VF和低IR产品。

关于热失控

肖特基势垒二极管由于其特性中的大正向电流会产生热量。加热泄漏电流(IR)变得更大，同时，外壳温度和环境温度也上升。如果热设计错误，产热会高于散热，达不到热平衡。结果，漏电流(IR)继续增加，最终元件被损坏。这种现象被称为热失控。

特点:高环境温度会引起热失控。

④恒压(齐纳)二极管

稳压二极管用在恒压电路中，因其在电流变化时电压恒定，用作保护元件，防止IC被浪涌电流和静电损坏。其特征在于正向使用通用二极管，反向使用齐纳二极管。反向击穿电压称为齐纳电压(VZ)，此时的电流值称为齐纳电流(IZ)。近年来，随着电子设备的小型化/高功能化的不断发展，要求保护元件具有更高的性能。在这种趋势下，保护元件和TVS(瞬态电压抑制器)的区别逐渐拉大。

特征:只有ZD利用了反向特征。

⑤高频二极管

引脚示例:

它由高电阻的I型半导体制成，其特点是引脚之间的电容(CT)非常小。在直流电压条件下，它具有可变电阻的特性，在反向电压条件下，它具有电容的特性。凭借其高频特性(引脚间电容小，因此对通信线路无影响)，可用作高频信号开关(带天线的移动设备)、衰减器、AGC电路的可变电阻元件。

引脚间电容(CT)？

当二极管之间施加反向电压时，存储的电荷称为引脚之间的电容(CT)。当P层和N层接合时，空空穴与电子结合，在界面处形成具有中性电特性的耗尽层。耗尽层充当寄生电容，其电容(CT)与PN结面积成正比，与距离(D)成反比。它是由P层的距离和N层的浓度等因素设计的。当向二极管施加电压时，耗尽层膨胀，CT降低。根据不同的应用，所需的CT值是不同的。

特性:耗尽层越宽(D越大)，CT越低。

来源:ROHM，华秋商城整理发布，略有改动。