作者：AirCity 2020.2.2
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本征半导体
先说一下半导体，它是指硅，锗和砷化镓等。这种半导体中，叫本征半导体。本征半导体有稳定的共价键，一个原子周围有几个电子，互相吸引，形成稳定结构。但是在热激发的作用下，电子会随机无序运动。一个电子跑了，在稳定的共价键结构中多了一个空穴，因此也可以认为是空穴也在做随机无序运动，我们可以把空穴想象成是“正电荷”。
少子漂移
在本征半导体中掺杂其他元素，形成N型半导体或P型半导体。不管哪种半导体，电子和空穴的随机无序运动都是存在的，这种运动叫做“少子漂移”，少子漂移的根本原因可以理解为是电子不稳定，在乱跑。
PN结
二极管就是一个PN结，一半是掺杂了少量三价元素（硼铝铟）的P型半导体，由于共价键的作用，这种半导体会多出一些空穴；一半是掺杂了少量五价元素（磷，砷，锑）的N型半导体，这种半导体会多出一些电子。
多子扩散
这里要注意，这里所说的多出来的一些“空穴”或“电子”，只是它们在共价键结构中没有固定的位置了，变得更不稳定了，而不是让这个半导体整体多了一些“正电荷”和“负电荷”。
P型半导体的空穴，容易被旁边的电子填充，导致旁边多了一个空穴，造成一种空穴移动的假象。N型半导体不稳定的电子容易占据挤走旁边的电子，被挤走的电子又去挤别的电子。这些空穴和电子在热激发作用下，变得非常不稳定，他们的移动叫做“多子扩散”。
在P和N型半导体的“接触面”，同时发生着“多子扩散”和“少子漂移”，如下图。
在P型半导体中，不稳定的空穴数量多，是多子。N型半导体中，不稳定的电子多，是多子。“多子扩散”就是在P和N半导体的分界面，P型半导体的空穴极大的吸引了N型半导体的电子，以至于在他们的分界面处，建立了一块“稳定区域”，这个区域中，N型半导体共价键中不稳定的电子填充了P型半导体共价键中的空穴，形成了共价键“稳定区域”。这个稳定区域就是上图中的内建电场区域。这个区域中，靠近P型半导体的一边电子多，带负电，靠近N型半导体的一边，电子少，带正电。内建电场形成后，会阻止“多子扩散”，最终达到一种平衡，也就是电场力=多子扩散力。
这个内建电场区域叫做势垒区，注意，势垒区是二极管，稳压二极管，TVS管，三极管原理的精髓！一定要理解。
势垒区的本质是PN接触面两侧的电子浓度差和共价键的力。可以把这个区域理解成一个平衡区域，这个平衡抑制了“多子扩散”。
这个区域越大，掺杂半导体的活跃“多子”越少，半导体越不容易导通。
这个区域越小，掺杂半导体的活跃“多子”越多，半导体越容易导通。
这个区域越大，内建电场越强，阻值电子从N区扩散到P区（多子扩散）的能力越强。
这个时候，我们在PN结上施加电压：
正向偏压P正N负，这个外部电场与势垒区内建电场方向相反，势垒区变小，只有外部电场大于内部电场，电子通过势垒区，这个PN结才会导通。所以说，二极管的正向偏压在0.7V以后，电流才会显著增加，0.7V一下，电流都很小。下面是一个二极管的V-V曲线：
反向偏压P负N正，这个外部电场与内部电场相同，势垒区变大，阻值电子从N区扩散到P区（多子扩散）的能力变强，这个时候半导体中的多子扩散很少，电流也很小。当反向偏压达到一定程度，PN结被击穿（雪崩击穿：也即电子碰撞产生连锁反应；齐纳击穿：强电场拉动电子击穿），电流急剧增加。这种击穿是可逆的，只要PN结不烧毁。击穿后，电流变化很大，但是电压不怎么变，这就是稳压二极管的原理。
注意：PN结正偏导通，靠的是多子，PN结反偏导通靠的是少子。所以正偏电流大。
从这个原理来看，稳压二极管可以串联使用，组合成不同的电压值。稳压二极管的工作电流越大，导通电阻就越小，性能越好。
势垒区有个特性，外部正向电压增加，势垒区变小，PN结两侧存储的电荷变少；外部电压减小，PN结两侧存储的电荷增加；这类似于电容的特性，叫做PN结的结电容Cd。
势垒区越厚，结电容越大，PN结导通速度越慢，反之亦然。
TVS管也是二极管，只是它的能以更快的速度被击穿，迅速将电流泄放到GND，并将电压钳位在安全范围内。TVS比稳压二极管的反向击穿速度更快。
光敏二极管工作室要加反向偏压，但更没有光照时，电流很小，这部分电流是“少子漂移”形成的，可以成为暗电流。当有光照时，加点字吸收光能跃迁，形成电子-空穴对，这些电子空穴对在反向偏压的作用下迅速离开势垒区，形成光生电流。
肖特基二极管一半是半导体，另一半是金属，特点是反向恢复时间（由正向导通到反向不导通的时间）很短，高频特性好。导通电压和反向击穿电压低。
二极管的典型应用电路
二极管应用电路——整流
二极管应用电流——限幅
二极管应用电路——续流
开关打开瞬间，电感的电流不能突变，沿着原来的方向继续流动，续流二极管提供了一个路径。如果没有这个路径，电感两端会产生很大的电压，激发出电弧。
二极管应用——串联型LDO
二极管应用——过压保护
通过PN结了解三极管，见文章《三极管BJT与场效应管FET》
二极管常用电路：
或门
与门
与非门
与非门
三输入与门
三输入或门
常用的二极管品牌：Nexperia，Diodes，ON，Firchild。
