半导体二极管：结构与特性详解

1.半导体

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。常用半导体材料有：硅、锗、砷化镓以及大多数金属氧化物。

半导体的导电特性有：热敏性、光敏性、掺杂性。热敏性表现为：当环境温度变化时，半导体的导电能力明显发生改变（可做成温度敏感元件，如热敏电阻）。光敏性表现为：当受到光照时，导电能力明显增强；无光照时，导电能力明显减弱（可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等）。半导体的掺杂性则表现为：在纯净的半导体中掺入某些杂质（微量元素），使其变成杂质半导体，它的导电能力会发生极大的变化（可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。

半导体根据内部两种载流子数量的分布情况，可分为三种类型：

（1）纯净半导体（又叫本征半导体）：内部的自由电子和空穴数量相等，如硅、锗单晶体。

（2）P型半导体（又叫空穴型半导体）：内部的空穴数量多于自由电子数量，如硅、锗单晶体中加入3价的微量硼元素。

（3）N型半导体（又叫电子型半导体）：内部的自由电子数量多于空穴数量，如硅、锗单晶体中加入5价的微量磷元素。

2.PN结的单向导电性

利用特殊的工艺，将P型半导体和N型半导体进行有机的结合，会在两者的结合面形成一个薄层，这个薄层称为空间电荷区，也就是PN结，如图2-3-28所示。

当PN结的P区为高电位，N区为低电位时，即PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态，见图2-3-28（a）所示；反之，当PN结的P区为低电位，N区为高电位时，即PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，几乎为零，反向电阻较大，PN结处于截止状态，见图2-3-28（b）所示。因此，PN结具有正向导通、反向截止的单向导电特性。

图2-3-28　PN结

3.半导体二极管

半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管，是将一个PN结封装在密封的管壳内并引出两个电极构成的。其中，与P区相连的引线为正极（又称阳极A），与N区相连的引线为负极（又称阴极K），如图2-3-29所示。因此，二极管也同样具有正向导通、反向截止的单向导电特性。

晶体二极管的特性用伏安特性曲线表示。普通硅二极管的伏安特性曲线如图2-3-30所示，反映了流过二极管的电流随着外加电压变化的规律。

图2-3-29　二极管的图形和符号

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图2-3-30　普通硅二极管的伏安特性曲线

二极管按材料可分为：锗二极管、硅二极管两大类。

两者性能的区别：锗管正向电压小于硅管（锗管为0.2～0.4V，硅管为0.5～0.8V）；锗管反向漏电流大于硅管（锗管约为几百毫安，硅管小于1μA）；锗管PN结可承受的温度低于硅管（锗管约为100℃，硅管约为200℃）。

按用途可分为：普通二极管和特殊二极管两大类。普通二极管包括：整流二极管、检波二极管、开关二极管等；特殊二极管包括：稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管、阻尼二极管等。部分图形符号如图2-3-31所示。

图2-3-31　部分二极管图形符号

国标GB/T 249—2017规定了半导体分立器件型号命名方法。

4.二极管的极性识别与检测判断

常见二极管的外壳上都印有型号和标记，使其正负极性从外表可以看出来，如图2-3-32所示。

图2-3-32　二极管极性识别

（1）对于轴向引出型二极管，有些把图形符号印在外壳上，图形符号中箭头所指方向为阴极；有些则在负极端印上色点或色环。

（2）对于同端引出型二极管，有的在负极处有明显标记；有的则带有定位标志，判断时观察者面对管底，从定位标志起按顺时针方向引出线依次为正极和负极；有些是塑料封装二极管，判别时观察者面对切角面，引出线向下从左往右依次为正极和负极。

（3）对于透明玻璃管封装的二极管，则可看到连接触丝的一端为正极。

（4）对于发光管、光敏管等同端引出二极管，既可通过透明封装看内部结构，还可从引出线的长短上判别：长正短负。

根据二极管正向电阻小、反向电阻大的特点，可以利用万用表检测其单向导电性，判断其极性及质量好坏。