PN结是半导体的初始结构，二极管是半导体器件的基础元器件。由PN结构成的各种二极管既简单由复杂，在不同应用中的不同特性也是千差万别，如果我们能够更深刻的理解这一基础元器件的原理，也许我们才能在日常的产品设计和应用中越来越游刃有余。

一、半导体

目前半导体的基石是硅Si，由初中化学可知这是4价原子，纯净的硅本身是不导电的

我们在Si中掺入3价的硼，如此形成共价键后就少了一个电子，多了一个空穴。空穴可以理解为正离子，我们称为P型半导体，靠空穴移动导电。同理我们在Si中掺入5价的砷或磷，如此形成共价键后就多了一个电子，我们称为N型半导体，靠电子移动导电。如图:

二、PN结

两种不同掺杂的半导体结合在一起即形成PN结，没有外加电压的情况下，两边的多数载流子会进行扩散，因此在PN结结合处会出现空穴和电子复合，形成耗尽层，恢复绝缘特性。同时形成了一个内电场，限制了载流子继续扩散。只有当外加正向电场时才会形成电流。

如图P正N负，电场将N型区的电子拉到P区，形成电子流，电流因此从P到N.

1、  正向特性

P正N负时，随着电压增大，逐渐抵消PN结的内电场对电子漂移的阻碍，PN开始导通，在刚导通小电流下压降为0.7V左右，电流特性公式IF = IS0·{exp [q·VF / (k·T)] - 1}，随着电压增大，电流以指数形式增加。

2、  反向特性

 当P负N正时，外电场和内部电场同向，一起阻止电子扩散，因此反向截止。

反向电压很小时，少数载流子如P型中电子和N型中空穴会因漂移产生很小的反向饱和电流，反向饱和电流受温度的影响很大，一般量级在nA,所以在一些极微弱信号检测设计上也要注意这个参数。

  三、PN结击穿特性

PN结的击穿特性应用场合较多，击穿的机制也有几种：雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿

    雪崩击穿：反向电压增大到一定程度，少子的漂移速度加快，动能增大到一定程度后会撞击中性粒子形成电子空穴对，而且呈雪崩模式不断扩大，电流趋向无穷大。一般发生在低掺杂、反向电压较高的情况下。

齐纳击穿：在高浓度掺杂情况下，PN结的中间耗尽层非常短，漂移过程中碰撞几率小，但是外加反向电压时很容易形成强电场，把中性粒子的电子拉出来形成电子空穴对，反向电流也会剧增。

热击穿：由于PN结热功率过大，烧坏PN结。

由上可知，一般在低压6V以下击穿为齐纳击穿，而在高压下多为雪崩击穿。

 四、二极管类型

1、  整流二极管

利用单向导电性将交流变成直流，主要考虑最大整流电流、反向饱和电流、截止频率和反向恢复时间。如IN4007。

2、  检波二极管

        利用单向导电性将低频信号取出。对频率特性要求高，如2AP1系列，贴片式的IN4148等。

3、  变容二极管

也称压控变容器，用在高频或通信电路中，关注截止频率、零偏压电容、电容变化范围等。如ISV101系列

4、  稳压二极管

利用高压下雪崩击穿特性形成电压钳位，一般用于各种保护电路，关注的参数有击穿电压、漏电流、稳压值等。

5、  开关二极管

作为开关使用，一般关注特性和应用场合相关。

6、  发光二极管

即发光LED，利用电子跃迁实现发光。

7、  肖特基二极管

SBD肖特基二极管为金属和半导体接触形成的二极管，正极为金属，负极为N型半导体。肖特基二极管频率高、正向压降小、开关时间快，但是反向击穿电压比较低，反向漏电流大、限制了大部分应用。

总之肖特基二极管优先应用在低压、高速的电路设计中。

8、另外还有一些特殊二极管，如磁敏二极管、光敏二极管等。

   五、二极管特性参数

对于二极管的几个参数特性，我们在不同应用下要有不同的关注点，一般而言，大部分二极管都能通用。

1、  正向导通电流IF

2、  正向导通压降VF

3、  反向击穿电压VB:在反向应用时二极管击穿电流急剧增大的值。

4、  反向工作电压VRM：反向时最大工作电压峰值，即最大未击穿电压。

5、  反向电流IR：反向时漏电流值，与电压相关。

6、  结电容Cj:PN结电容，在频率特性应用中要考虑。

7、  截止频率FM：处理交流信号的最大频率，即带宽。

8、  反向恢复时间：即电压由正到负时，二极管的由导通到截止的反应时间，也就是正向时存储电荷的释放时间，决定了开关频率。

   六、小结

总体而言，二极管作为电子元器件的基础器件，基本应用并不复杂，以至于很多工程师在电路设计中盲目使用也并不会出问题。但是在一些对电压、电流特性有要求的设计中，必须要考虑到二极管的相关特性。譬如高压、大电流、高速、地漏电流等。因此，在任何电路设计中，我们只有清晰的牢记住二极管的重要特性，然后在电路设计中关注到每一细节，这样才能真正做到游刃有余。