半導體二極管簡介課件

半導體二極管簡介樂山無線電股份有限公司LeshanRadioCo.,Ltd半導體二極管簡介樂山無線電股份有限公司索引：第一章：半導體介紹第一節(jié)：半導體的物理特性第二節(jié)：半導體的材料第三節(jié)：本征半導體與自由電子及空穴第四節(jié)：添加摻雜物質(zhì)的半導體與電子及空穴第五節(jié)：PN接合和勢壘第六節(jié)：空乏層與勢壘第七節(jié)：PN結面的電壓和電流特性第八節(jié)：摻雜物質(zhì)的選擇性擴散第二章：芯片介紹第一節(jié)：Si晶圓的制作第二節(jié)：Si擴散類芯片制作第三節(jié)：肖特基異質(zhì)結類芯片制作

第三章：封裝流程介紹第一節(jié)：OJ類產(chǎn)品介紹第二節(jié)：GPP/SKY類產(chǎn)品介紹第三節(jié)：整流橋類產(chǎn)品介紹第四節(jié)：玻殼封裝類產(chǎn)品介紹第四章：二極管的種類及參數(shù)介紹第一節(jié)：整流器件參數(shù)介紹第二節(jié)：齊納（穩(wěn)壓）器件參數(shù)介紹第三節(jié)：保護器件（TVS）參數(shù)介紹索引：第一節(jié)：半導體的物理特性

【半導體】具有處于如銅或鐵等容易導電的【導體】、與如橡膠或玻璃等不導電的【絕緣體】中間的電阻系數(shù)、該電阻比會受到下列的因素而變化。如：雜質(zhì)的添加、溫度、光的照射、原子結合的缺陷第一章：半導體介紹第一節(jié)：半導體的物理特性第一章：半導體介紹第一章：半導體介紹第二節(jié)：半導體的材料硅(Si)與鍺(Ge)為眾所周知的半導體材料.這些無素屬于元素周期素中的第IV族,其最外殼(最外層的軌道)具有四個電子.半導體除以硅與鍺的單一元素構成之處,也廣泛使用兩種以上之元素的化合物半導體.

硅、鍺半導體

單結晶的硅、其各個原子與所鄰接的原子共價電子（共有結合、共有化）且排列得井井有條。利用如此的單結晶，就可產(chǎn)生微觀性的量子力學效果，而構成半導體器件。

化合物半導體

除硅（Si)之外，第III族與第V族的元素化合物，或者與第IV族元素組成的化合物也可用于半導體材料。

例如，GaAs（砷化鎵）、Gap（磷化砷）、AlGaAs（砷化鎵鋁）、

GaN（氮化鎵）SiC（碳化硅）SiGe（鍺化硅）等均是由2個以上元素所構成的半導體。

第一章：半導體介紹第二節(jié)：半導體的材料第一章：半導體介紹第三節(jié)：本征半導體與自由電子及空穴第IV族（最外層軌道有四個電子）的元素（Si、Ge等），以及和第IV族等價的化合物（GaAs、GaN等），且摻雜極少雜質(zhì)的半導體的結晶，稱之為本征半導體（intrinsicsemiconductor）本征半導體（intrinsicsemiconductor）

當溫度十分低的時候，在其原子的最外側的軌道上的電子（束縛電子（boundelectrons）用于結合所鄰接的原子，因此在本征半導體內(nèi)幾乎沒有自由載子，所以本征半導體具有高電阻比。

第一章：半導體介紹第三節(jié)：本征半導體與自由電子及空穴第一章：半導體介紹第三節(jié)：本征半導體與自由電子及空穴自由電子（freeelectrons）

束縛電子若以熱或光加以激發(fā)時就成為自由電子，其可在結晶內(nèi)自由移動。

空穴（hole）

在束縛電子成為自由電子后而缺少電子的地方，就有電子從鄰接的Si原子移動過來，同時在鄰接的Si原子新發(fā)生缺少電子的地方，就會有電子從其所鄰接的Si原子移動過來。在這種情況下，其與自由電子相異，即以逐次移動在一個鄰接原子間。缺少電子地方的移動，剛好同肯有正電荷的粒子以反方向作移動的動作，并且產(chǎn)生具有正電荷載子（空穴）的效力。第一章：半導體介紹第三節(jié)：本征半導體與自由電子及空穴第一章：半導體介紹第四節(jié)：添加摻雜物質(zhì)的半導體與電子及空穴將第V族的元素（最外層的軌道有五個電子）添加在第IV族的元素的結晶，即會形成1個自由電子且成為N型半導體。將第Ⅲ族的元素（最外層的軌道有三個電子）添加在第IV族的元素的結晶，即會產(chǎn)生缺少一個電子的地方且成為P型半導體。

N型半導體（NtypeSemiconductor）

N型半導體中，自由電子電成為電流的主流（多數(shù)載了），并將產(chǎn)生自由電子的原子，稱為“施體（donor）“。施體將帶正電而成為固定電荷。不過也會存在極少的空穴（少數(shù)載子）。

作為N型摻雜物質(zhì)使用的元素有：P磷；As砷；sb銻P型半導體（PtypeSemiconductor）

在P型半導體中，空穴成為電流的主流（多數(shù)載子），并將產(chǎn)生空穴的原子，稱為“受體（acceptor）”。受體將帶負電而成為固定電荷。不過也會存在極少的自由電子（少數(shù)載子）。

作為P型摻雜物質(zhì)使用的元素有：B硼；in鋅

第一章：半導體介紹第四節(jié)：添加摻雜物質(zhì)的半導體與電子及空穴第一章：半導體介紹第五節(jié)：PN接合和勢壘

在接合前，由于P型半導體存在與受體（負離子化原子）同數(shù)的空穴，而N型半導體存在與施體（正離子化原子）同數(shù)的電子，并在電性上成為電中性。將這樣的P型半導體和N型半導體接合就會產(chǎn)生勢壘。

接合前為中性狀態(tài)

接合前，在P型半導體存在著與受體（負離子化原子）同數(shù)的空穴，而N型半導體即存在著與施體（正離子化原子）同數(shù)的電子，并在電性上成為電中性。

第一章：半導體介紹第五節(jié)：PN接合和勢壘第一章：半導體介紹第六節(jié)：空乏層與勢壘（depletionlayer＆potentialbarrier）

將P型與N型半導體接合時，由于P型與N型范圍的空穴及電子就相互開始向?qū)Ψ缴?。因此在接合處附近，電子和空穴再接合后就僅剩下不能移動的受體與施體。該層稱為“空乏層”。由于該空乏層會在PN接合部會產(chǎn)生能差，故將該能差稱為“勢壘”。

第一章：半導體介紹第六節(jié)：空乏層與勢壘（depletion第一章：半導體介紹第七節(jié)：PN結面的電壓和電流特性

如外加電壓到PN接合處，使電流按照外加電壓的方向（正負極）流通或不流通。這是二極管基本特性。

外加正相電壓到PN接合面

從外部在減弱擴散電位的方向（正極在P型而負極在N型）外加電壓時，PN接合面的勢壘就被破壞了，空穴流從P型半導體注入N型半導體，電子流則從N型半導體注入P型半導體，而擴散電流得以繼續(xù)流動。電流流動的方向就稱為“正向”。外加反向電壓到PN接合面

從外部所外加的電壓的極性與上述相反（負極為P型而正極為N型），在接合面使勢壘變成需要再加上外部電位VR，其結果使空乏層的寬度更擴大。此時反向電流幾乎不會流通，我們將這個方向稱為[反向]（Reverse）

第一章：半導體介紹第七節(jié)：PN結面的電壓和電流特性

第一章：半導體介紹第八節(jié)：摻雜物質(zhì)的選擇性擴散

如果用不純物的原子置換結晶中的硅（4價）原子的一部分，即能制造P型（3價的摻雜元素：注入硼等），或者N型（5價的摻雜元素：注入磷等）半導體。注入摻雜有以下方法：

1、熱擴散法（ThermalDiffusionMethod）

使用氣體或固體作為雜質(zhì)擴散源，并將單結晶基板（晶圓）放入擴散爐中加熱（約1000℃），雜質(zhì)就因擴散而摻入到硅結晶中。P型摻雜物使用硼，而N型摻雜物為磷、砷等。單結晶中的摻雜物濃度或濃度分布可由增減溫度、時間、氣體流量來加以控制。第一章：半導體介紹第八節(jié)：摻雜物質(zhì)的選擇性擴散第一章：半導體介紹第八節(jié)：摻雜物質(zhì)的選擇性擴散

2、離子注入法（Ion-injectionMethod）

將氣體狀的不純物加以離子化，且用質(zhì)量分析器將所注入的元素加以分離，并用電場作加速而打入半導體基板。若使用該注入方法，就能將不純物濃度做精密控制，注入到目標位置和深度。但如果單是注入不純物，仍無法顯現(xiàn)P型、N型的性質(zhì)，還必須有后續(xù)燒鈍（退火）來將晶格中的硅原子加以置換為摻雜物原子的過程。通過擴散來改變半導體的極性時，必須將濃度提升為比原來素材的不純物濃度高，而且應使不純物擴散。在擴散工程中只能操作增加濃度的方向。

第一章：半導體介紹第八節(jié)：摻雜物質(zhì)的選擇性擴散第一章：半導體介紹第八節(jié)：摻雜物質(zhì)的選擇性擴散

3、氣相成長法（epitaxialgrowthmethod）

這種方法如同在結晶基板接枝那樣，使結晶成長的氣相成長法（vaporphasegrowthmethod）。將晶圓在反應容器內(nèi)加溫至高溫（約1200℃）并將摻雜物氣體與硅烷氣體（SiH4）、氫混合，流通適量，就能在結昌基板上長成具有目的性極性和不純物濃度的單結晶，且能做成比基板不純物濃度更低的層或極性相反的層。

第一章：半導體介紹第八節(jié)：摻雜物質(zhì)的選擇性擴散第二章：芯片介紹第一節(jié)：Si晶圓的制作制作Si單結晶

半導體器件需要Si純度、結晶瑕疵少的單結晶，單結晶硅的制造方法有CZ法（齊克勞斯基法）及FZ法（懸浮區(qū)熔法）。利用多結晶Si材料制作單結晶Si材料時需要添加雜質(zhì)，在基板上形成P型、N型的極性。

1、CZ法（Czochralskimethod）

將不純物體添加在超高純度的多結晶硅基板，且在加熱爐中溶解，并將晶種一面旋轉(zhuǎn)且一面慢慢的加以提升，即會成長為棒狀的單結晶晶錠。通過加減摻那時物質(zhì)種類或添加量，即可控制半導體的極性與電阻比。2、FZ法（FloatingZonemethod）

在加有添加化合物的氣體的惰性氣體的容器內(nèi)將棒狀的多結晶硅加以固定，再連接種子結晶、且從該部分按照環(huán)狀的高頻加熱線圈、一面將硅溶解為帶狀并一面將線圈移動至上方，面制作單結晶晶錠。

想制造高耐壓功率晶體管或晶閘管等高電阻比的單結晶時，也有以中子束照射高純度的FZ單結晶，且將一部分的硅變換為磷而制造N型半導體的制法。第二章：芯片介紹第一節(jié)：Si晶圓的制作第二章：芯片介紹第一節(jié)：Si晶圓的制作(芯片制造的前工序）第一步、從硅單結晶晶柱切出晶圓狀的晶圓（切成薄片：Slicing）

將圓柱狀的Si單結晶晶柱貼在支撐臺上，再使帶有鉆石粒的內(nèi)圓周刀刃旋轉(zhuǎn)，就可切出圓盤狀的晶圓。第二步、Si晶圓的表面拋光（研磨-精磨：Polishing）

如果想制造缺陷少的器件，需要將Si晶圓表面冒用機械或化學方法加以拋光成鏡面，以去除表面的缺陷層。第二章：芯片介紹第一節(jié)：Si晶圓的制作(芯片制造的前工序）第二章：芯片介紹第二節(jié)：Si擴散類(OJ)芯片制作第二章：芯片介紹第二節(jié)：Si擴散類(OJ)芯片制作第二章：芯片介紹第二節(jié)：擴散類(OJ)芯片制作第二章：芯片介紹第二節(jié)：擴散類(OJ)芯片制作第二章：芯片介紹第二節(jié)：擴散類(GPP)芯片制作第二章：芯片介紹第二節(jié)：擴散類(GPP)芯片制作第二章：芯片介紹第二節(jié)：擴散類(GPP)芯片制作第二章：芯片介紹第二節(jié)：擴散類(GPP)芯片制作第二章：芯片介紹第二節(jié)：擴散類(GPP)芯片制作第二章：芯片介紹第二節(jié)：擴散類(GPP)芯片制作第二章：芯片介紹第三節(jié)：肖特基異質(zhì)結類芯片制作

1、原理及結構：肖特基二極管是貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）A為正極，以N型半導體B為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導體器件。因為N型半導體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴散運動。隨著電子不斷從B擴散到A，B表面電子濃度表面逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向為B→A。但在該電場作用之下，A中的電子也會產(chǎn)生從A→B的漂移運動，從而削弱了由于擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡，便形成了肖特基勢壘。第二章：芯片介紹第三節(jié)：肖特基異質(zhì)結類芯片制作第二章：芯片介紹第三節(jié)：異質(zhì)結類芯片制作

2、生產(chǎn)流程：

第二章：芯片介紹第三節(jié)：異質(zhì)結類芯片制作第三章：封裝流程介紹第一節(jié)：OJ類產(chǎn)品介紹第三章：封裝流程介紹第一節(jié)：OJ類產(chǎn)品介紹第三章：封裝流程介紹第二節(jié)：GPP/SKY類軸向產(chǎn)品介紹第三章：封裝流程介紹第二節(jié)：GPP/SKY類軸向產(chǎn)品介紹第三章：封裝流程介紹第二節(jié)：GPP/SKY類SMA產(chǎn)品介紹第三章：封裝流程介紹第二節(jié)：GPP/SKY類SMA產(chǎn)品介紹第三章：封裝流程介紹第三節(jié)：整流橋類產(chǎn)品介紹第三章：封裝流程介紹第三節(jié)：整流橋類產(chǎn)品介紹第三章：封裝流程介紹第四節(jié)：玻殼封裝類產(chǎn)品介紹第三章：封裝流程介紹第四節(jié)：玻殼封裝類產(chǎn)品介紹第四章：二極管的種類及參數(shù)介紹第一節(jié)：整流器件參數(shù)介紹

1、正向電流（IF）：在規(guī)定的使用條件下，在電阻性負載的正弦半波整流電路中，允許通過二極管的最大正向工作電流。

在規(guī)格書的曲線中會談到“Fig.1–ForwardCurrentDeratingCurve”，根據(jù)該曲線可以了解到產(chǎn)品的正向電流選用標準。

2、正向電壓（VF）

：在額定電流條件下，產(chǎn)品脈沖測試的VF讀值（測試脈寬為300us）EAIF正向伏安特性曲線IFVF第四章：二極管的種類及參數(shù)介紹第一節(jié)：整流器件參數(shù)介紹EAI第四章：二極管的種類及參數(shù)介紹第一節(jié)：整流器件參數(shù)介紹

3、反向電壓VR:在規(guī)定的使用條件下,二極管所允許連續(xù)施加的最大反向峰值工作電壓;4、反向電流IR:在規(guī)定的使用條件下,二極管施加反向重復峰值工作電壓所產(chǎn)生的最大峰值漏電流;5、反向擊穿電壓VB:二極管反向特性曲線急劇彎曲點的電壓值;uAEIR反向伏安特性曲線VRVBIR注:使用條件是指一定的溫度和濕度.第四章：二極管的種類及參數(shù)介紹第一節(jié)：整流器件參數(shù)介紹uAE第四章：二極管的種類及參數(shù)介紹第一節(jié)：整流器件參數(shù)介紹

6、反向恢復時間(TRR):定義：電流通過零點由正向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時間間隔。它是衡量高頻續(xù)流及整流器件性能的重要技術指標。反向恢復電流的波形如圖1所示。IF為正向電流，IRM為最大反向恢復電流。Irr為反向恢復電流，通常規(guī)定Irr=0.1IRM或Irr=0.25IRM。當t≤t0時，正向電流I=IF。當t＞t0時，由于整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓，因此正向電流迅速降低，在t=t1時刻，I=0。然后整流器件上流過反向電流IR，并且IR逐漸增大；在t=t2時刻達到最大反向恢復電流IRM值。此后受正向電壓的作用，反向電流逐漸減小，并在t=t3時刻達到規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復過程與電容器放電過程有相似之處。原理：對于普通PN結二極管，PN結內(nèi)載流子由于存在濃度梯度而具有擴散運動，同時由于電場作用存在漂移運動，兩者平衡后在PN結形成空間電荷區(qū)。當二極管兩端有正向偏壓，空間電荷區(qū)縮小，當二極管兩端有反向偏壓，空間電荷區(qū)加寬。當二極管在導通狀態(tài)下突加反向電壓時，存儲電荷在電場的作用下回到己方區(qū)域或者被復合，這樣便產(chǎn)生一個反向電流。第四章：二極管的種類及參數(shù)介紹第一節(jié)：整流器件參數(shù)介紹第四章：二極管的種類及參數(shù)介紹第二節(jié)：齊納（穩(wěn)壓）器件參數(shù)介紹

1、原理：該產(chǎn)品是一種特殊的面接觸型半導體硅二極管。其V-A曲線與普通硅整流二極管相似，但其反向擊穿曲線比較陡（因為其工作于反向擊穿區(qū)）。由于它在電路中與適當?shù)碾娮枧浜线x用能夠起到穩(wěn)壓的作用，因此稱其為穩(wěn)壓管。

在通常情況下，其反向偏置的PN結中只有一個很小的電流。這個漏電流一直保持一個常數(shù)，直到反向電壓超過某個特定的值，超過這個值之后PN結突然開始有大電流導通。這個突然的意義重大的反向?qū)ň褪欠聪驌舸?，如果沒有一些外在的措施來限制電流的話，它可能導致器件的損壞。反向擊穿通常設置了固態(tài)器件的最大工作電壓。然而，如果采取適當?shù)念A防措施來限制電流的話，反向擊穿的結能作為一個非常穩(wěn)定的參考電壓。第四章：二極管的種類及參數(shù)介紹第二節(jié)：齊納（穩(wěn)壓）器件參數(shù)介第二節(jié)：齊納（穩(wěn)壓）器件參數(shù)介紹（Iz為工作電流，Uz為標稱穩(wěn)壓電壓，Uw為實際工作電壓）

2、應用參數(shù)介紹：

A、盡量避免使用低壓齊納管：當Uw<Uz，Iz≈0，一旦Uw“企圖”≥Uz，Iz就會急劇增長，表現(xiàn)在I-V曲線上，對于電壓較高的齊納管（Uz>7V），那曲線比較接近直角。對于低壓的，例如3V的甚至1.5V電壓時就有很大電流了，直到Iz增加到數(shù)十mA，UZ才達到標稱值，接近個拋物線。

B、盡量不用齊納管做保護的：實在要用齊納管做保護，也要合理選擇Uz，使Uwmax＋Um<Uz<Ufmin－Up。其中Uwmax是被保護電路最高工作電壓，Uwmax<Uz－Um就是要保證最高工作電壓下漏電流也足夠?。籙fmax是可能損壞器件的最低電壓，Uz＋Up<Ufmin就是要確保達到保護作用。。

C、設計電路要有“動態(tài)”的概念:動態(tài)內(nèi)阻dV/dI>0，即UZ會隨IZ增加。確保“截止”的電壓余量UM：

D、參數(shù)選擇時需要考慮穩(wěn)壓管的溫度系數(shù)。溫度系數(shù)表明產(chǎn)品在工作狀態(tài)下產(chǎn)品的電壓是會升高還是減低。

E、高頻選用需要考慮：齊納管的反應是比較遲鈍的，UW變化了，IZ并不會立即跟著變，而是有延遲。而且需要考慮結電容，而且結電容有時還相當大。因此在高頻線路應用應該考慮。第四章：二極管的種類及參數(shù)介紹第二節(jié)：齊納（穩(wěn)壓）器件參數(shù)介紹（Iz為工作電流，Uz為標稱第三節(jié)：保護器件（TVS）參數(shù)介紹1、原理：該產(chǎn)品的制作與普通整流二極管的工藝類似，其V-A曲線與普通硅