什么是晶体二极管?

什么是晶体二极管?

[拼音]：jingti erjiguan

[外文]：crystal diode

固态电子器件中的半导体两端器件。这些器件主要的特征是具有非线性的电流-电压特性，即具有单向导电性(整流特性)。早在第一次世界大战末期已出现晶体检波器。1930年，半导体整流器投入市场。1949年W.B.肖克莱建立了PN结理论，为半导体器件奠定了科学基础。此后随着半导体材料和工艺技术的发展，利用不同的半导体材料、掺杂分布、几何结构，研制出结构种类繁多、功能用途各异的多种晶体二极管。制造材料有锗、硅及化合物半导体。晶体二极管可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换等。晶体二极管的频率覆盖范围可从低频、高频、微波、毫米波、红外直至光波。以结构类型划分有半导体结型二极管、金属－半导体接触二极管、体效应二极管三类。

半导体结型二极管

分为同质结型和异质结型两类。

（1）同质结型：用同一种半导体材料制成的PN结叫同质结。根据PN结的基本特性可以制作多种功能的器件。利用PN结的单向导电性可以制作整流二极管，广泛用于电源电路中;检波二极管应用于微波接收电路中;开关二极管则主要用于电子计算机和各种自动控制系统中。利用PN结的齐纳击穿特性制作的稳压二极管，可在电源电路中提供固定偏压或进行过压保护。利用雪崩击穿特性制作的雪崩二极管，作为固体微波功率源广泛用于本振、参放泵源及小型固体发射机中的发射源。利用高掺杂PN结的隧道效应制作的隧道二极管，由于正向伏安特性有一负阻区，而没有渡越时间效应，可用于低噪声放大或振荡，也可用作超高速开关，频率可达毫米波段。利用二极管结电容随外加电压非线性变化特性制作的变容二极管，在微波电路中用于参量放大、电调谐及产生谐波等。利用半导体PN结受光照射时产生的光生伏特效应可制作光电池。反向偏置的PN结，在一定波长的光照射下，反向电流受到光生载流子的调制作用，可以进行光辐射信号的探测，半导体光电二极管就是根据这一原理制造的。

PIN二极管在P区和N区中间有一个高阻本征层。PIN二极管对低频信号有整流作用，对微波信号整流作用消失，器件只起阻抗作用。零偏压和反偏压时阻抗值很高，正偏压时因载流子注入中间层，阻抗很低。作为一种可变阻抗，PIN二极管可作为移相器、衰减器、调制器或微波开关使用。

（2）异质结型：由禁带宽度不同的两种半导体材料（如GaAlAs/GaAs、InGaAsP/InP等）形成的结称异质结。两种半导体材料必须有相似的晶格结构，原子间的距离和热膨胀系数必须相近。无论结两边半导体材料的导电类型是否相同，在结区中总是存在电子和空穴的势垒。PP、NN、PN异质结均有整流特性。NN、PP异质结可构成纯粹的多数载流子器件，特别适合于制作超高速开关。采用直接跃迁型半导体材料(主要是Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体)制造的异质PN结在发光显示、光辐射探测器等光电子器件中得到广泛应用。半导体激光器、半导体发光二极管都是正向偏置的异质结（GaAlAs／GaAs、InGaAsP／InP等），在结附近数微米内，靠载流子的注入与复合产生光辐射信号。它们主要用作光通信、精密测距和某些物理检测的光源，也可用作显示器件。异质结光电二极管通常工作在反偏置状态，利用反向电流受到光生载流子的调制作用，进行光辐射的探测与接收。

金属－半导体接触二极管

利用半导体与金属接触形成的势垒而制成的晶体二极管。包括点接触二极管和肖特基势垒二极管。与PN结二极管相比，肖特基二极管的起始电压低，电荷储存效应小，适于高频工作。反偏置时势垒电容变化大，可作变容管使用。肖特基二极管的变频损耗小、噪声低、检波灵敏度高、性能稳定可靠。在微波通信及雷达中用于混频、检波、调制、超高速开关、倍频及低噪声参量放大等。

体效应二极管

利用半导体某些体内性质受外界作用而发生变化的原理制成的器件。除欧姆接触之外，它不含有PN结及其他界面。光电导型探测器、热敏电阻、霍尔器件和电子转移器件（耿氏二极管）均属于体效应器件。其中耿氏二极管已成为重要的固体微波器件，广泛用作微波振荡器、放大器和其他各种逻辑功能器件。