《了解半导体二极管》课件

了解半导体二极管电子元件基础半导体技术核心课程概述二极管的基本概念了解二极管的定义和基础知识工作原理探索结及电流导通机制PN类型和应用认识各种二极管及其实际用途特性和参数什么是半导体二极管？两个端子的电子元件型和型半导体的结合P N阳极和阴极构成在界面形成结PN单向导电特性只允许电流单向流动二极管的历史年世纪中期187420卡尔布劳恩发现晶体整流能力半导体技术迅速发展·1234年现代1906第一代猫须二极管问世微型化和高性能二极管二极管的基本结构结阳极PN12二极管的核心结构型半导体区域P空乏区阴极43结界面的电荷耗尽区域型半导体区域PN N结的形成PN型半导体P含空穴多数载流子型半导体N含电子多数载流子扩散过程电子和空穴互相扩散平衡状态形成空乏区和势垒二极管的符号电路图符号阳极标识阴极标识箭头指向电流流动方向三角形尖端线段部分三角形连接线段连接型区域连接型区域P N二极管的工作原理正向偏置连接电源阳极接正，阴极接负势垒降低外加电压对抗内建电场载流子扩散多数载流子向对侧扩散电流形成超过势垒电压后电流急剧增加二极管的工作原理反向偏置反向连接阳极接负，阴极接正势垒增高空乏区宽度增加电流阻断只有微小反向饱和电流二极管的伏安特性曲线正向导通电压

0.7V

0.3V-2mV/°C硅二极管锗二极管温度系数典型导通电压较低导通电压温度升高导通电压降低反向击穿电压击穿现象反向电压超过阈值温度影响高温降低击穿电压安全裕度设计中预留足够余量二极管的主要参数参数符号典型值最大正向电流IFmax1-1000mA最大反向电压VRmax50-1000V反向恢复时间数纳秒至微秒trr结电容Cj1-30pF二极管的温度特性二极管的动态特性开通时间存储时间从截止到导通所需时间少数载流子积累效应动态阻抗恢复时间大信号交流等效电阻从导通到截止所需时间二极管的类型普通整流二极管二极管的类型快速恢复二极管特点优势应用领域典型型号•极短恢复时间•开关电源•FR107•适合高频应用•逆变器•UF4007•开关损耗低•电机驱动•BYV26二极管的类型肖特基二极管金属半导体结构-不同于传统结PN低正向压降通常仅

0.2-

0.4V极快开关速度无少数载流子积累应用高频电路和变换器DC-DC二极管的类型齐纳二极管稳压特性反向击穿区域稳定工作多种电压等级至

2.4V200V主要应用3电压基准和稳压电路二极管的类型发光二极管（）LED蓝光绿光红光LED LEDLED砷化镓和氮化镓材料砷化铝镓和磷化铝镓砷化镓和砷化铝镓二极管的类型变容二极管可变电容特性调谐应用反向偏置下电容随电压变化无线电接收机频率选择调制FM VCO通过变容实现频率调制电压控制振荡器二极管的类型光电二极管光电效应光子激发电子空穴对-探测模式反向偏置检测光强光伏模式发电功能类似太阳能电池二极管的类型隧道二极管二极管的应用整流电路半波整流全波整流单个二极管，一半周期导通中心抽头变压器，两个二极管2滤波桥式整流电容平滑输出波形四个二极管，效率最高二极管的应用限幅电路基本原理串联限幅器并联限幅器利用二极管导通特性限制信号幅度二极管串联传输特定范围信号二极管并联截断超出阈值信号二极管的应用检波电路信号输入AM振幅调制波形二极管检波提取包络信息滤波RC平滑波形去除高频音频输出恢复原始调制信号二极管的应用钳位电路直流钳位正钳位将波形固定在特定电平使波形最小值固定在参考电平DC负钳位使波形最大值固定在参考电平二极管的应用开关电路导通状态低阻抗，电流通过截止状态高阻抗，电流阻断开关特性高速开关需考虑恢复时间应用领域4数字电路和逻辑门二极管的应用稳压电路

0.1%电压稳定度高精度齐纳稳压器5V常用电压数字电路标准电压1W功率等级小型齐纳二极管10W大功率工业级稳压器二极管的应用温度传感二极管的应用光电检测光照感应光子入射产生电子空穴对-信号转换光强转换为电流信号信号调理放大和滤波处理应用输出光电开关或数据传输二极管的应用射频和微波电路混频器检波器变频器开关实现频率转换解调高频信号上下变频应用高频信号控制二极管的测试方法万用表测试曲线追踪仪•正向压降测量•伏安特性测量•反向漏电流检查参数提取••二极管档位测试•动态特性分析脉冲测试•恢复时间测量•高电流特性•击穿测试二极管的可靠性考虑电应力湿度过电压和浪涌电流腐蚀和密封性问题热应力老化热循环和高温运行长期使用参数漂移二极管的失效模式正向短路反向开路参数漂移•过电流引起•引线断裂•热应力导致•焊点过热•封装破损•界面变质•内部金属迁移接触不良•掺杂扩散•二极管的选择标准电压和电流要求开关速度考虑最大反向电压和正向电流恢复时间与应用频率匹配温度和环境因素成本和可用性3工作温度范围和环境条件综合评估性价比二极管的封装类型二极管的制造工艺硅片制备从单晶硅生长至晶片切割扩散工艺创建结结构PN离子注入精确控制掺杂浓度封装测试引线连接和密封封装二极管的质量控制光学检查参数测试温度筛选外观和封装质量电气规格验证高低温循环测试可靠性测试加速寿命测试二极管在电源设计中的应用输入整流1转的第一步AC DC续流二极管2开关电源中的能量回收反向保护3防止极性反接损坏二极管在通信系统中的应用混频器频率变换核心组件检波器信号解调和恢复限幅器防止信号过载二极管在汽车电子中的应用反向电压保护防止电池接反损坏电子系统负载突波保护吸收继电器和电机断开时的回路突波LED照明高效节能的车内外照明系统充电系统电池充电控制及保护二极管在消费电子中的应用充电保护电路防止手机反向电流显示屏背光背光阵列LED信号处理前端电路RF红外遥控红外发射接收二极管在工业控制中的应用开关电源高效能量转换核心组件电机驱动保护反电动势吸收和续流传感器接口信号调理和电平转换保护PLC端口过压和瞬态保护I/O二极管在医疗电子中的应用除颤器保护电路生物传感器医疗设备电源高压隔离和控制光电二极管检测高可靠性稳压瞬态电压抑制信号调理电路严格的安全标准二极管的发展趋势新型二极管技术碳化硅（）二极管氮化镓（）二极管有机半导体二极管SiC GaN高温高压应用高频高效率柔性电子应用二极管与其他半导体器件的比较特性二极管晶体管场效应管端子数个个个233控制方式无控制端电流控制电压控制功能单向导电放大开关放大开关//输入阻抗中等极高N/A二极管的仿真和建模模型大信号模型SPICE电路仿真标准非线性特性仿真2温度模型小信号模型4参数温度依赖性线性化等效电路二极管的电路设计技巧保护电路设计围绕最坏情况设计并联应用技巧均流电阻匹配参数散热考虑功率计算和散热器选择噪声抑制滤波和转换噪声降低二极管在能源中的harvesting应用20%85%太阳能电池肖特基整流光电转换效率低功耗整流器转换效率2μW整流天线能量收集典型功率RF二极管在安全和防护中的应用保护二极管极性保护ESD TVS静电放电抑制瞬态电压抑制防止反向连接过压保护限制电压峰值二极管的环境影响材料回收贵金属和硅的再利用无铅制造符合环保标准RoHS能效提升3降低能源损耗二极管在量子计算中的潜在应用单光子探测器约瑟夫森结超导量子干涉器雪崩光电二极管超导二极管结构磁通量子化SQUID量子密钥分发量子比特基础高灵敏度传感二极管的教育和实验特性测量曲线绘制实验I-V基础电路实验整流、限幅和稳压测试应用电路设计电源和信号处理设计实践失效分析故障诊断和机理学习二极管相关的标准和规范工业标准半导体标准JEDEC军用标准高可靠性要求MIL-STD环保标准和法规RoHS REACH安全标准和认证UL IEC二极管在未来技术中的角色和通信物联网设备5G6G1毫米波频段混频和整流低功耗电源管理绿色能源自动驾驶高效能量转换传感器和雷达系统二极管的选型和采购参数解读理解数据表关键参数可靠性考量供应商品质评估成本分析总拥有成本计算供应链管理备选来源和库存策略二极管技术的挑战与机遇总结与展望二极管技术的重要性未来发展方向现代电子基础构件微型化、高效率和新材料继续学习的资源专业书籍、在线课程和实验套件。