1、二極管結(jié)構(gòu)原理
如下是功率二極管的原理圖：
二極管主要是由一個(gè)P型和一個(gè)N型半導(dǎo)體組成，算是最簡單、使用最廣泛的器件，二極管的功能很簡單 ： 正向?qū)?，反向關(guān)閉。
其原理就是一個(gè)PN的節(jié)的原理，而后面的三極管等都只是PN節(jié)的疊加，下面的知識(shí)幾乎是所有功率器件的基礎(chǔ)。
在實(shí)際二極管型號(hào)中一般會(huì)有一個(gè)白色的圈表示為負(fù)極。
從二極管的結(jié)構(gòu)來看，其實(shí)就是一個(gè)PN節(jié)，只要PN足夠近（電子軌道連接）就使得PN節(jié)形成了一個(gè)大晶體，從而兩邊的載流子和相互交換移動(dòng)等。
然而P型半導(dǎo)體中空穴的濃度高，而N型半導(dǎo)體電子的濃度高，在沒有加電壓即沒有靜電場的情況下，不會(huì)存在載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，但由于載流子濃度差存在擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。
如上圖所示由于PN載流子濃度不同形成擴(kuò)散，擴(kuò)散前PN均不帶電呈中性，這里特別要注意的是PN半導(dǎo)體材料中的電子和空穴的濃度高不是說其獨(dú)立的電子和空穴濃度，而是處于導(dǎo)帶中的電子和空穴濃度。
一旦產(chǎn)生擴(kuò)散以后P型半導(dǎo)體中會(huì)進(jìn)來更多的電子，而N型半導(dǎo)體中會(huì)進(jìn)來更多的空穴，所以P型半導(dǎo)體會(huì)帶上負(fù)電，而N性半導(dǎo)體會(huì)帶上正電。
這樣在擴(kuò)散的過程中會(huì)形成擴(kuò)散電流，其中中間區(qū)域肯定是首先開始擴(kuò)散，這樣兩邊擁有不同的電荷就形成了靜電場。
如上圖所示在電場的作用下P中的電子會(huì)向N中漂移，形成N--》P的漂移電流，同樣空穴也是類似的，那么擴(kuò)散電流與漂移電流反向相反，最終擴(kuò)散電流與擴(kuò)散形成的電場產(chǎn)生的漂移電流相等形成了穩(wěn)態(tài)。
中間存在電荷的區(qū)域也叫空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)以外是中性區(qū)，這樣PN節(jié)交界處的電場強(qiáng)度最強(qiáng)，越往兩邊越弱。
2、PN節(jié)零偏
零偏就是外部沒有電流流過，二極管處于穩(wěn)定狀態(tài)，前面了解到，PN節(jié)中間會(huì)存在一個(gè)電場，那么相當(dāng)于二極管兩端有一個(gè)類似于電壓源的形式，且對(duì)于Si材料電壓差一般約為0.7V。
電場強(qiáng)度是電荷的積分，而電勢為電場對(duì)距離的積分，波形如上圖所示，既然存在電勢差我們應(yīng)該可以使用萬用表進(jìn)行測量，而你會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際是無法測量的，原因如下：
由于在測量過程中PN節(jié)分別與金屬表筆形成肖特節(jié)，而肖特節(jié)會(huì)存在0.35V的壓降，剛好與PN節(jié)的0.75V抵消，無法測量到電壓。
3、PN節(jié)正偏
當(dāng)使用電壓源給二極管供電，如下圖所示：
外界電源所產(chǎn)生的電場剛好與PN節(jié)內(nèi)部的電場反向，最終使得勢壘區(qū)范圍縮小，與外界電壓滿足KVL不變，從而導(dǎo)致PN節(jié)內(nèi)部的漂移電流降低。導(dǎo)致N區(qū)的電子或者P區(qū)的空穴不斷地向?qū)Ψ綌U(kuò)散，那么擴(kuò)散到對(duì)方的空穴或者電子不能夠再擴(kuò)大勢壘區(qū)，而是經(jīng)過電源進(jìn)行了電荷的交換，使得PN節(jié)的電子或者空穴濃度保持不變。
PN節(jié)的電子或者空穴濃度沒有發(fā)生改變，那么擴(kuò)散電流就不會(huì)發(fā)生變化，可以達(dá)到很大的擴(kuò)散電流并一直維持，同時(shí)在擴(kuò)散區(qū)的載流子濃度都會(huì)增加。
當(dāng)在PN節(jié)兩端加多大的正向電壓，勢壘區(qū)就會(huì)減少多少，最終外部電源抵消勢壘區(qū)電壓便可以產(chǎn)生較大電流，所以需要在二極管正向加一定的電壓才能夠?qū)?，?dǎo)通以后的壓降很低，阻抗也比較小。
外部不加電壓的情況下，會(huì)存在一定的時(shí)間來形成勢壘區(qū)，一般的二極管的在1ms左右，快速地在us級(jí)別。
二極管正向?qū)ù嬖陔妼?dǎo)調(diào)制效應(yīng)，電流越大，電導(dǎo)越大，因?yàn)殡娏髟酱?，擴(kuò)散區(qū)的載流子濃度越高，也就可以降低二極管的壓降。
4、PN節(jié)反偏
PN節(jié)反偏就是讓PN節(jié)中的勢壘區(qū)變更寬，如下圖所示：
在反偏的狀態(tài)下，其擴(kuò)散電流是不會(huì)發(fā)生變化的，在外部電源的加持下，使得外部電場與內(nèi)部電場疊加形成的漂移電流會(huì)大于擴(kuò)散電流，但是雖然電場強(qiáng)度增強(qiáng)，而電流的增加需要有較多的載流子，N區(qū)沒有足夠的電子，電源也無法提供電子，所以其反向電流非常小，一般為uA級(jí)別。
當(dāng)然也可以通過分析PN節(jié)中各載流子濃度進(jìn)行分析，其擴(kuò)散區(qū)的載流子濃度都會(huì)降低。
對(duì)于正偏和反偏都是存在電流的，只是電流的大小不同，所以都是處于不平衡狀態(tài)，僅僅只有零偏的時(shí)候二極管才處于平衡狀態(tài)，每個(gè)地方的電子*空穴濃度才大約為10^20次方，而反偏中間載流子乘積小于10^20次方，處于正偏中間載流子乘積大于10^20次方。
5、擊穿
當(dāng)在二極管上加一定的反向電壓，其P區(qū)的空穴濃度很低，N區(qū)的電子濃度也很低，其僅僅只會(huì)有uA級(jí)別的電流存在，前面對(duì)于二極管的反偏機(jī)制就已經(jīng)說明了其不可能形成大的反向電流，當(dāng)反向電壓足夠就會(huì)導(dǎo)致?lián)舸?/p>
擊穿也分為雪崩擊穿、齊納擊穿和熱擊穿
其中雪崩擊穿是外部電場給電子足夠的動(dòng)能，從而通過電子的之間的碰撞使得更多價(jià)帶的電子脫離價(jià)帶進(jìn)入導(dǎo)帶，產(chǎn)生更多的電子和空穴，這樣載流子濃度增加，最終產(chǎn)生較大的電流。
齊納擊穿，當(dāng)勢壘區(qū)比較薄，電子在強(qiáng)電場作用下會(huì)存在直接通過的情況。
熱擊穿，溫度太高，使得電子動(dòng)能增加，最終載流子濃度增加，一般Si半導(dǎo)體器件不能超過150度。
6、動(dòng)態(tài)特性
二極管在正反切換過程會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，如電容效應(yīng)。當(dāng)二極管兩端加反向電壓的時(shí)候勢壘區(qū)會(huì)變寬，其中的電荷也就越多，C=dQ/dV，從而呈現(xiàn)出電容的效應(yīng)，也叫勢壘電容。
不僅僅勢壘區(qū)電荷會(huì)隨著電壓的變化而變化，還有擴(kuò)散區(qū)也會(huì)呈現(xiàn)出該特性。
但是二極管的電容效應(yīng)主要是正偏時(shí)候的電容效應(yīng)大，且主要是擴(kuò)散電容，而反向相對(duì)比較小，主要是勢壘電容。
電容效應(yīng)會(huì)影響二極管的工作頻率，尤其是高速的開關(guān)狀態(tài)，會(huì)使得高頻信號(hào)直通，如下圖所示：
二極管的原理和特點(diǎn)就先講到這里，更加詳細(xì)的特點(diǎn)可以參考半導(dǎo)體導(dǎo)電材料學(xué)等知識(shí)。
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