二極管的知識點介紹

1.空間電荷區

在P型半導體與N型半導體接觸邊界，由于自由電子的擴散運動和內電場（N指向P）導致的漂移運動，使PN結中間的部位(P區和N區交界面)產生一個很薄的電荷區，它就是空間電荷區（即PN結）。在這個區域內，多數載流子已擴散到對方并復合掉了，或者說消耗殆盡了，因此，空間電荷區又稱為耗盡層 。

空間電荷區的寬度取決于半導體的雜質濃度，摻雜濃度愈高，對應的空間電荷區寬度就愈窄。另外，空間電荷區的寬度還受外加電壓控制，當外加電壓方向增強空間電荷區電場時，空間電荷區展寬，反之，外加電壓削弱空間電荷區電場時，空間電荷區變窄。

空間電荷區的寬度決定了PN結的電容效應，空間電荷區寬度越大則呈現的電容也越大，決定了管子的頻率應用場合。

2.反向擊穿

如果PN結承受的反向電壓超過了它的臨界值，導致電場強度超過了臨界電場強度，那么就會觸發碰撞電離，導致雪崩效應或者載流子倍增效應，即在空間電荷區內的載流子數目會迅速增加，即原來很小的反向電流就會急劇增加導致毀壞半導體，這種擊穿模式叫做Ⅰ型擊穿。

當半導體中的損耗足夠大，產生發熱和電流不均勻分布，導致某些局部電流超過最大允    許電流密度，隨之電壓迅速下降而電流急劇上升，這種叫做Ⅱ型擊穿。通常Ⅱ型擊穿之前就會產生Ⅰ型擊穿。

二極管所能承受的最大反向電壓取決于內部結構與摻雜參數。實際應用中為了提高二極管的反向耐壓，在P區和N區之間增加一層低摻雜N區，也就是漂移區，低摻雜N區由于摻雜濃度低而接近于無摻雜的純半導體材料（本征半導體），稱為P-I-N結構。由于摻雜濃度低，低摻雜N區就可以承受較高的電壓而不被擊穿，而低摻雜N區越厚，二極管能夠承受的反向電壓就越高。

3.二極管的特性

（1）單向導電性

二極管的單向導電性源于空間電荷區具有單向導電性。PN結加正向電壓時，外加電場與內電場方向相反且遠強于內電場，使得多子的擴散運動遠大于少子（P或N半導體的多子到對方區域形成少數載流子稱為少子 ）的漂移運動，可以有較大的正向擴散電流，即呈現低電阻，稱為PN結導通；

PN結加反向電壓時，外加電場與內電場方向相同，使得總的電場增強，于是使得少子的漂移運動遠大于多子的擴散運動，形成反向電流，使得空間電荷區加寬，呈現高電阻，稱為PN結截止。

PN結二極管的外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向導電性。因為PN結反向截止時形成一個耗盡層，相當于一個中間絕緣層的一個小電容，因此當電壓頻率升高后，高頻信號會通過這個小電容穿過，也就是反向信號也可以穿過二極管，就失去單向導電性了。

（2）電導調制效應

當二極管流過的正向電流較小時，二極管的內阻主要是是作為基片的低摻雜N區的電阻，其阻值較高且為常量，因而管內電壓降隨正向電流上升而增加。當PN結上流過的正向電流較大的時候，由于擴散運動P區注入并累積在低摻雜N區的少子空穴濃度將很大，為了維持半導體的電中性條件，其多子濃度也相應地增加，使其電阻率大幅度下降，也就是電導率大大增加，這就是電導調制效應。

（3）伏安特性

（4）反向恢復特性

硅PN結二極管外加正向電壓導通時,PN結上會有非平衡少數載流子的積累,形成所謂電荷存儲效應。當二極管由正向導通轉換為外加負電壓截止時,這些存儲的少數載流子的消失需要一定時間,這段時間就是二極管的反向恢復時間,這段時間里在二極管中形成的電流即為二極管的反向恢復電流。在反向恢復瞬間，反向恢復電流變化率很大，將形成反向電壓過沖，在二極管兩端有反向電壓降，即二極管的關斷瞬間出現電壓下沖。于是，在buck電路中當PWM開通的時刻，續流二極管由正向導通到反向截止期間，在開關節點SW處會出現上沖，其幅度為輸入電源加上續流二極管的反向電壓降。

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