一、二极管（模电理论篇）

导论：PN结（结电容）是构成二极管，三极管，场效应管的原理基础

1.二极管特性（单向导电性）

1.1 P型半导体与N型半导体

        在单晶体硅（原子核为正四价电子，可以形成四条共价键，原子核外带四个负电荷）中掺杂三价元素（比如硼，原子核为正三价电子，可以形成三条共价键，原子核外带三个负电荷），总有一个正电荷（空穴）找不到与之匹配的负电荷（电子），即未有形成完整的四条共价键，因此此半导体的掺杂区域呈现正电性，这样掺杂的半导体，称为P型半导体。

        同时在在单晶体硅（原子核为正四价电子，可以形成四条共价键，原子核外带四个负电荷）中掺杂五价元素（比如磷，原子核为正五价电子，可以形成五条共价键，原子核外带五个负电荷），总有一个负电荷（电子）找不到与之匹配的正电荷（空穴），即形成完整的四条共价键后，多余电子），因此此半导体的掺杂区域呈现负电性，这样掺杂的半导体，称为N型半导体。

        认为杂质半导体的掺杂浓度越高，半导体的“正”电子与“负”电子便有了浓度高低之分。在P型半导体中，正电荷（空穴）浓度更多，为“多子”，相应负电荷为少子；在N型半导体中，负电荷（电子）浓度更多，为“多子”，相应正电荷（空穴）为少子

1.2 PN结形成

        在一块单晶硅中因掺杂不同的元素后，形成P型半导体和N型半导体后，设P型半导体在左侧，N型半导体在右侧。根据由浓度高往低的扩散规律，P区的正电荷（空穴）往正电荷少的N区扩散，N区的负电荷（电子）往负电荷少的P区扩散，在二者半导体的交界处，进行一定程度的P和N区的多子电荷中和。因此在P区和N区的交界的一部分区间内，N区的多子负电荷（电子）浓度降低，相对应N区少子正电荷（空穴）浓度增加；P区的多子正电荷（空穴）浓度降低，相对应P区的少子负电荷（电子）浓度增加。由此形成一条窄窄的电场，称为耗尽层，也称为PN结，具有电容效应（两个极板靠近，中间以绝缘隔开），也称为结电容。内电场电场方向，由右指向左，区别于外加电源形成的（外）电场，称为内电场。如图所示。

        可以说当二极管的导通关断的频率过高，内部原理相当于电容的充放电特性，开关速度太快，二极管发热甚至烧毁。因此需采用快恢复二极管

 1.3PN结单向导电性

     1.3.1PN结正偏

        PN结形成内电场后，外电场的正极接入PN结的P区，外电场的负极接入PN结的N区。外电场的正负电荷持续涌入P区和N区半导体，其中在内电场中，在外电场正电荷支援下的P区的多子正电荷（空穴）浓度增加，同时在外电场负电荷支援下的N区的多子负电荷浓度也增加，因此在外电场的一定时长作用下，内电场被减弱，变的更窄，甚至消亡（外电场与内电场相反，耗尽层减少）。如图所示

        其中硅管的导通电压电压约0.6~0.8v；锗管的导通电压约为0.1~0.3v。二极管可以起到一定的降压作用。具体二极管的导通电压详见所用二极管品牌的技术手册。 

     1.3.2PN结反偏

        PN结形成内电场后，外电场的正极接入PN结的N区，外电场的负极接入PN结的P区。外电场的正电荷涌入负电荷为主的N区，同时外电场的负电荷涌入正电荷（空穴）为主的P区，使得N区的正电荷（空穴）浓度增加，P区的负电荷浓度增加。因此内电场被增强，变的更宽（外电场与内电场相同，耗尽层增加）。如图所示

 1.4二极管物理特性