1、二極管的定義

二極管是一種具有兩端（陽極和陰極）的電子元件，它允許電流在一個方向上流動，而在另一個方向上阻止電流流動。這種特性使二極管在電路中起到整流、保護、開關等作用。

二極管（英語：diode）又稱二極體，是一種具有不對稱電導的兩個端子（陰陽二極接線端，故名“二極”）的電子器件；此二極使其原則上僅允許電流作單方向傳導，它在一個方向為低電阻（理想情況下是零），高電流，而在另一個方向為高電阻。現(xiàn)今，二極用半導材料。 借由二極管的特性，在電力工程上常用作整流器（將交流電變成直流電）；在電子工程上常用作檢波器（從調幅波檢回音波）；在計算機硬件邏輯設計上常用作邏輯電路的邏輯閘。

1874年，德國物理學家卡爾·布勞恩在卡爾斯魯厄理工學院發(fā)現(xiàn)了晶體的整流能力。因此1906年開發(fā)出的第一代二極管——“貓須二極管”是由方鉛礦等礦物晶體制成的。早期的二極管還包含了真空管，真空管二極管具有兩個電極 ，一個陽極和一個熱式陰極，借由電極之間加上的電壓能夠讓熱電子從陰極到達陽極，因而有整流的作用。 在半導體性能被發(fā)現(xiàn)后，半導體二極管成為了世界上第一種半導體器件。現(xiàn)如今的二極管大多是使用硅來生產(chǎn)，鍺等其它半導體材料有時也會用到。目前最常見的結構是，一個半導體性能的結芯片通過PN結連接到兩個電終端。

2、什么是PN結

本征半導體

本征半導體，如高純度的硅，雖然在理論上非常重要，但由于其自由電子和空穴的濃度都非常低（約為101? cm?3），其導電性能確實較差，體電阻率約為10?Ω·cm。這使得它在實際應用中不太實用，除非通過一定的方法來提高其導電性能。

雜質半導體的摻雜

通過摻雜，半導體材料的導電性能可以大幅提升。摻雜分為兩種主要類型：

1. N型半導體（負性半導體）：

• 摻入5價雜質元素：如磷（P）、砷（As）。

• 這些雜質原子與硅原子形成共價鍵，多余的電子成為自由電子，從而增加了導電性。

• 多數(shù)載流子是自由電子，少數(shù)載流子是空穴。

• P型半導體（正性半導體）：

• 摻入3價雜質元素：如硼（B）、鎵（Ga）。

• 這些雜質原子與硅原子形成共價鍵，缺少的電子形成空穴，從而增加了導電性。

• 多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電子。




3、二極管的工作原理

二極管主要是由半導體材料（通常是硅或鍺）制成的，具有一個PN結（由P型半導體和N型半導體接合而成）。

其工作原理可以從以下兩個方面來理解：

1. 正向偏置：

• 當二極管的陽極（P區(qū)）接正電壓、陰極（N區(qū)）接負電壓時，稱為正向偏置。

• 此時，PN結的勢壘電壓降低，允許載流子（電子和空穴）跨越結區(qū)，導致電流流過二極管。

• 正向電壓越高，通過二極管的電流越大。

  
  

• 反向偏置：

• 當二極管的陽極（P區(qū)）接負電壓、陰極（N區(qū)）接正電壓時，稱為反向偏置。

• 此時，PN結的勢壘電壓增加，阻止載流子跨越結區(qū)，幾乎沒有電流流過二極管（僅有極小的反向飽和電流）。

• 反向電壓增加到一定程度（超過擊穿電壓）會導致二極管擊穿，此時電流急劇增加，但這種狀態(tài)通常會損壞二極管。

  
  




二極管具有陽極和陰極兩個端子，電流只能往單一方向流動。也就是說，電流可以從陽極流向陰極，而不能從陰極流向陽極。對二極管所具備的這種單向特性的應用，通常稱之為“整流”功能,可將交流電轉變?yōu)槊}動直流電，例如：無線電接收器對無線電信號的調制，就是通過整流來完成的。因為其順向流通反向阻斷的特點，二極管可以想成電子版的逆止閥。然而實際上，二極管并不會表現(xiàn)出如此完美的開關性，而是呈現(xiàn)出較為復雜的非線性電子特征——這是由特定類型的二極管技術決定的。一般來說，只有在正向超過障壁電壓時，二極管才會工作（此狀態(tài)被稱為正向偏置）。






一個正向偏置的二極管兩端的電壓降變化只與電流有一點關系，并且是溫度的函數(shù)。因此這一特性可用于溫度傳感器或參考電壓。半導體二極管的非線性電流-電壓特性，可以根據(jù)選擇不同的半導體材料和摻雜不同的雜質從而形成雜質半導體來改變。

特性改變后的二極管在使用上除了用做開關的方式之外，還有很多其他的功能，如：用來調節(jié)電壓（齊納二極管），限制高電壓從而保護電路（雪崩二極管），無線電調諧（變容二極管），產(chǎn)生射頻振蕩（隧道二極管、耿氏二極管、IMPATT二極管）以及產(chǎn)生光（發(fā)光二極管）。半導體二極管中，有利用P型和N型兩種半導體接合面的PN結效應，也有利用金屬與半導體接合產(chǎn)生的肖特基效應達到整流作用的類型。若是PN結型的二極管，在P型側就是陽極，N型側則是陰極。