4、半导体器件：二极管、晶体管与场效应管全面解析

半导体器件：二极管、晶体管与场效应管全面解析

1. 二极管原理与特性

二极管是最简单的半导体器件，由n型和p型材料相互沉积而成，它们的边界称为结。二极管有两个端子，n型材料的端子为阴极，p型材料的端子为阳极。

在结处，扩散电流使自由电子从n型材料流入p型材料。n型材料失去电子，原子变成带正电的离子；p型材料获得电子，原子变成带负电的离子。这些离子在结处形成一个有固定电荷的区域，即耗尽区。耗尽区会更多地延伸到掺杂浓度较低的材料中。在平衡状态下，电子流动停止，耗尽区形成内建电势。

通过施加外部电压，二极管的特性会发生变化：
- 反向偏置 ：当外部电压源的正端连接到二极管的阴极时，二极管处于反向偏置。电压源产生的外部电场会增加耗尽区的深度，阻止电子移动，使电流为零。如果反向偏置电压超过击穿电压（VBR），n型和p型材料的大片区域会耗尽，大量电荷会在耗尽区周围积累。当这些过量电荷突然穿过耗尽区时，会产生大量电流（雪崩电流），永久损坏二极管。
- 正向偏置 ：当外部电压源的正端连接到二极管的阳极时，二极管处于正向偏置。当外部电源电压达到二极管的内建结电压（VON）时，耗尽区面积变得可以忽略不计，外部电场使电荷穿过结。超过内建结电压增加外部电源电压，会使通过二极管的电流量呈指数级增加。如果在正向偏置时对二极管施加超过一定限制的非常大的电压，通过二极管的巨大电流会导致热失控，损坏二极管。为防止这种情况，可以在二极管中添加串联电阻，以控制流入二极管的正向偏置电流。

二极管的符号、模型和相关参数如下：
- 二极管符号 ：如图所示，有特定