[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。