微电子器件(2-8)

1、2.8 各种二极管 二极管除了利用pn结的整流特性以外，还有各种类型的工作机理，其典型的类别示于表1。二 极 管 种 类工 作 原 理检波管Pn结整流作用整流器pn结整流作用开关二极管pn结整流作用低电压二极管Pn结的击穿特性变容二极管Pn结耗尽层电容量肖特基势垒二极管金属-半导体接触的整流作用检波器(检波用二极管)用于微小交流信号电路的小信号整流二极管，多用于高频波。为此，尽可能将结容量做小，一方面结面积要做小，另一方面要做成尽量抑制容器的分布静电容的结构。对大电流进行整流的器件称为整流器(整流二极管)，额定电流为数毫安至数千安培，反向耐压从数十伏至数千伏，这些元件都已实现产品化。电力用二极

2、管的器件剖面如图1所示，是一个p+nn+结构，n层的宽度要小于载流子的扩散长度。为了使通常pn结的正向压降减小，p和n区域的电阻值必须做小。这样一来，如前面所述，由于耗尽层难以展宽，反向耐压变低。要预防这种后果，可在高耐压的二极管里，将高电阻的n型硅，做成以低阻的p型(p+)和n型(n+)交错重叠的结构。这样，p+n结产生的耗尽层能向整个n型区域扩展，可以耐受高电压。只是pn结接触外部气氛的表面部分，由于高电压而会发生沿面放电，为了防止表面恶化而制作成斜角结构，使沿表面距离变大，并涂覆硅橡胶等加以钝化保护。 只是pn结接触外部气氛的表面部分，由于高电压而会发生沿面放电，为了防止表面恶化而制作成

3、斜角结构，使沿表面距离变大，并涂覆硅橡胶等加以钝化保护。 一方面，在正向偏置时，大量空穴从p+区注入n区域，经扩散后流入到n+区，为了中和该n区域中大量过剩的空穴，从n+注入电子，由于这些高浓度的载流子，使n区域成为低电阻，将这个现象称为电导率调制，其结果使正向压降减小，从而，减小了二极管功耗。n区域的过剩载流子，即使去掉正偏也不会立即消失，所以，反向阻断能力不能立即恢复。将回到阻断恢复所需时间称为反向恢复时间。功率器件的开关速度几乎被这个恢复时间所左右。以高速开关电路为目的所用的小型二极管，称为开关二极管。掺入金等缩短载流子寿命的杂质，可以使反向恢复时间做到10-810-9s左右。 稳压二极

4、管利用了当pn结击穿时，即使反向电流再增加，反向电压也能保持几乎不变的特性。利用这一特性的二极管称为齐纳二极管。击穿电压在4V左右以下时，随着温度上升击穿电压变低的称为齐纳击穿，而在大约6V以上时，随着温度升高击穿电压变高的称为电子雪崩击穿，由这些击穿产生陡直上升的反向电流。5V左右时，两种击穿机构交叠，使击穿电压的温度依赖性变小。击穿电压(齐纳电压)2400V左右的各种齐纳二极管被广泛使用在稳压电路、保护电路、基准电压电路以及限幅器等电路中。 由于pn结加电压，使结的耗尽层厚度变化，其效果恰如一个电容器极板间距的变化，变容二极管就是利用这一电容量变化效应做成的二极管。为了使容量对电压的依赖关

5、系变大，对pn结的杂质浓度分布作了各种努力，这种电容量的变化广泛用在同步电路的调谐和调频等电路中。电视机调谐器的调谐二极管等就是近在身边的应用实例。 n型硅和金属相接触时，由于它们之间的功函数(使电子从某物质逸出到真空中所需要的能量)差，会在界面附近建立一个与pn结相类似的势垒。称之为肖特基势垒。当肖特基势垒的n型硅一侧加正电压、金属一侧加负电压时就会有电流流通”。当所加电压相反时，如同pn结加反向偏压一样，就没有电流流动，这就是肖特基势垒所具有的特征，也即具有整流特性，所以称它为肖特基势垒二极管。 它与pn结二极管的基本区别，仅仅是金属同电阻(n型硅)的接触，所以没有所谓的载流子的注入。因此，不存在像pn结型整流二极管那样的被储存的载流子纠缠住的反向恢复，所以能够非常快的开和关。而且，通过金属材料可以调节肖特基势垒的高度，与pn结相比，能使正向阈值电压变小。 为了消除电导率调制，如将硅的电阻值和厚度做大，则由于正向电阻变高，二极管的功耗变大，所以不可能做成很高耐压。作为外加电压几十伏左右以下的低压、低功耗电力整流器或者作为高速二极管获得了广泛应用。额定电压1200V量级的二极管和40V量级的肖特基势垒二极管的正向特性如图33所示。 此外，应用于千兆赫频带的放大器和微波振荡器等中还有碰撞雪崩渡越时