事通達（深圳）電子有限公司2025-04-21

二極管的工作原理本質是利用PN結的單向電學屏障特性，其電流導通與截止狀態由外加電壓方向和半導體載流子運動規律共同決定，可類比為受控的“電子閥門”。當P型半導體（摻雜硼等三價元素形成空穴導電層）與N型半導體（摻雜磷等五價元素形成電子導電層）在原子級接觸時，交界處因載流子濃度梯度發生擴散運動——P區空穴向N區擴散并與自由電子復合，N區電子向P區擴散并填補空穴，導致界面兩側分別形成帶負電的離子化受主雜質層（P區側）和帶正電的離子化施主雜質層（N區側），該固定電荷區產生寬度約0.5~1μm的內建電場（方向由N區指向P區），其電勢差（0.6~0.8V硅基二極管典型值）構成阻止載流子進一步擴散的勢壘。 當二極管正向偏置（P區接電源正極）時，外加電場與內建電場方向相反，削弱勢壘寬度至納米級，使P區空穴和N區電子獲得足夠能量越過勢壘形成注入電流，此時載流子運動以擴散為主，電流隨電壓指數級增長（符合肖克萊方程，I=Is(e^(V/nVT)-1)），正向導通壓降主要由半導體材料特性決定（硅管約0.6~0.8V，鍺管約0.2~0.3V）。當反向偏置（N區接電源正極）時，外加電場增強內建電場，勢壘寬度擴展至微米級，*有少數熱激發載流子能越過勢壘形成反向飽和電流（pA~nA級），該電流基本不隨電壓變化，但當反向電壓超過臨界值（擊穿電壓）時，強電場將加速載流子使其獲得足夠動能碰撞晶格原子產生新的電子-空穴對（雪崩擊穿）或直接拉出價帶電子（齊納擊穿），導致電流急劇增大，此特性被穩壓二極管用于電壓鉗位。 在高頻場景中，二極管的電容效應（PN結勢壘電容與擴散電容）與載流子渡越時間（約10?12~10??秒）成為限制開關速度的關鍵因素，而肖特基二極管通過金屬-半導體接觸形成肖特基勢壘（約0.2~0.4V），利用多數載流子導電特性消除了擴散電容，使開關速度提升至GHz級，但其反向漏電流和擊穿電壓較PN結二極管更低。

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