结型二极管(Junction Diode),是一种基本的半导体器件,由于其简单可靠的结构和良好的特性,被广泛应用于电子器件中。它是一种两端带有 PN 结的二极管。
结型二极管由 N 型半导体和 P 型半导体组成,两者接触的结称为 PN 结,其中 P 型半导体的掺杂浓度较大,N 型半导体的掺杂浓度较小。PN 结是一种重要的半导体器件结构,具有单向导电性。在 PN 结两侧的半导体区域中,N 型半导体的材料中导带的能级比 P 型半导体的材料中导带的能级高,而P型半导体中的价带能级又比 N型半导体高。因此,在两个半导体区域中出现一个场,电子受力向 N 区移动,而空穴受力向 P 区移动,最终形成电子向 P 区注入,空穴向 N 区注入的状态。这种状态下,PN结的内部会形成一个电势垒,电势垒一般指空间内电势能的变化,是 PN 结单向导电的基础。
结型二极管的特性可以被分为正向特性和反向特性。正向特性是指在 PN 结正向偏置时的电流电压关系,反向特性是指在反向偏置时的电流电压关系。
正向特性:当 PN 结正向偏置时,P区接高电位,N区接低电位。此时,就会有电子从 N 区域向 P 区域流动,而空穴从 P 区域向 N 区域流动。电子和空穴在 PN 结接触的区域内复合从而引起区间电流的流动。
反向特性:当 PN 结反向偏置时,P区接低电位,N区接高电位。此时,虽然有少量电子穿透 PN 结进入 P 区,但由于反向电场的存在,电子会被弹回,并在 PN 结的两端形成一个带负电的空间电荷区,称为耗尽层。在耗尽层的作用下,只有一个极小的支流电流通过二极管,这个支流电流被称为反向饱和电流。在反向击穿电压下,耗尽层就会被电场加速撕裂,产生大量的电子和空穴,这种现象称为反向击穿,二极管将会被破坏。
结型二极管的应用范围广泛,主要应用于电源、稳压、测量、放大、开关、调制、解调、改变波形、保护等方面。其经典应用是在整流电路中,通过利用其单向导电特性使交流电转化为直流电。此外,结型二极管在光电子学领域也有广泛应用,在太阳能电池、光接收器、激光器、红外探测等方面都发挥着重要作用。