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二極管是一種具有1個PN接合的2個端子的器件。具有按照外加電壓的方向，使電流流動或不流動的性質。
二極管的基本特性
利用PN接合的少數載子的注入和擴散現象，只能一個方向(正向)上流通電流。如果在PN接合二極管的N型半導體加上負壓、在P型半導體加上正電壓，就可使電流流通。我們將該電流的流動方向叫做正向。如果外加正、負壓與上述反方向的電壓，則幾乎不會流通電流。我們將該方向叫做反向。如果提高PN接合二極管的反向電壓，則電流在某個電壓值會急劇增加。我們將該電流叫做擊穿電流。此時的電壓值對電流而言基本上為定值。
二極管的特性曲線和圖形記號、結構
下圖表示二極管的特性曲線和圖形記號、結構圖。
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二極管的特性曲線
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二極管的圖形記號、結構
二極管的種類和應用
1)一般整流二極管
二極管在一般的應用上，有利用電流只在一個方向上流通的功能的交流電壓主的整流電路。
利用PN接合二極管的反向擊穿電壓的即為齊納二極管(恒定電壓二極管)。由于該電壓對于電流來說基本上為定值，因此用于恒定電壓調節器的基準電壓源或浪涌電壓(異常電壓)吸收等用途。
3)其它二極管
.進一步提高一般二極管的開關特性的高速恢復二極管(FRD);
. 接合金屬和半導體來替代PN接合的肖特基勢壘二極管(Schottky barrier diode);
. 變容二極管、混合二極管、夾在真性半導體的I層中的PIN二極管等高頻用二極管。
二極管的封裝
1)單體
在一個封裝中裝一個器件的類型，使用最多。
2)中心抽頭
用于一個封裝內組裝兩個器件，且使用帶有中心抽頭的雙繞線變壓器的全波整流電路等。
3)串聯
指兩個二極管在內部串聯，用于半波倍電壓整流電路等。
4)橋式連接
如圖所示，指裝有四個二極管，用于將交流作全波整流時。
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整流二極管的各種連接
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二極管的各種封裝
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大電流整二極管的外觀
高速開關二極管
可以改善二極管的反向恢復特性，實現高速開關的二極管。用于在較高開關頻率下動作的反相器、開關整流器的還流二極管、整流二極管。同時正向損失也可降低。
特 征
PN接合二極管由于利用了少數載子，因此導電調制效果雖然可以降低正向電壓，但少數載子所帶有的反向恢復特性會阻礙高速切換。FRD和HED雖然都是PN接合二極管的一咱，但是將白金等重金屬加入Si單結晶中，增加電子和空穴的再結合中心，能迅速消滅關斷后的少數載子。同時，肖特基勢壘二極管主要是由多數載子在運動，因此不會出現反向恢復特性。因此，運行也更快速。
反向恢復特性
PN接合二極管在正向電流的狀態下突然施加反向電壓的話，應付以在瞬間有較大的反向電流流通。這是因為從PN接合注入的少數載子反向移動，而該電流將流通直到少數載子流出或消滅為止。高速開關二極管用于縮短反向電流變為零為止的時間(反向恢復時間：trr)、改善反向電流波形的平滑性。
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外加反向恢復電壓時的少數載子的動作
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反向恢復電流波形
種 類
1)高速恢復二極管(FRD：Fast Recovery Diode)
高速恢復二極管在結構上和一般整流二極管基本相同，但它是一種有白金、金等摻雜物質擴散在Si結晶中，增加了電子和空穴的再結合中心，關閉后少數載子會立刻被消滅的二極管。因此可以提高二極管的反向恢復特性(反向恢復時間：trr)，實現高速動作。
2)高效二極管(HED：High Efficiency Diode)
高效二極管比上述FRD速度更快，損失更低(正向電壓較低)，因此它使用外延晶圓，在利用導電調制效果(參考PIN二極管)來降低正向電阻的同時，通過追加重金屬擴散，能在不損壞正向特性的情況下，提高反向恢復特性。HED用于比FRD更為高速的開關電路。
3)肖特基勢壘二極管(SBD：Schottky Barrier Diode)
真空能量等級和傳導帶等級的能量的差(稱為電子親和力)是利用金屬和半導體的不同，根據和PN接合不同的原理，通過改變外加電壓的方向來控制電流開合的。它和利用少數載子擴散電流的PN接合不同，主要是利用多數載子的漂移電流，因此可以實現高速開關。肖特基勢壘二極管和PN接合二極管相比反向電流較大，因此在高壓下使用時容易發生熱故障，使用時要非常小心。
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肖特基勢疊二極管的通電狀態和記號
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肖特基勢疊二極管的阻止狀態
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封裝
穩壓二極管(齊納二極管)
這是利用了PN接合的反向特性的二極管。用于基準電壓源和浪涌電壓的吸收。
結構、動作
如果將PN接合二極管的反向電壓逐漸提升的話，PN接合部的電場會升高，某個電壓點會產生較大的電流。齊納二極管(也叫穩壓二極管)正是積極利用了這種電壓電流特性。這種電流開始急劇流動的現象就是由齊納擊穿，或者雪崩擊穿引起的。齊納擊穿是由隧道效應引起的，由于強大的電場將束縛電子拉離了接合，成為自由電子，并形成了電流，因此該電壓會保持負的溫度系數。而所謂雪崩擊穿，是空乏層的電場中被加速的電子、或者空穴的高能量賦予了束縛電子以能量，而成為自由電子的現象，這種新的電子也被加速，并讓其他束縛電子成為自由電子的現象重復的結果，就是形成了較大的電流，該電壓會保持正的溫度系數。大約6V以下主要是齊納擊穿，而6V以上則主要是由雪崩擊穿引起的。因此，大約在5V時溫度系數為零。
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齊納(穩壓)二極管的圖形記號、結構
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齊納(穩壓)二極管的特性
用 途
齊納二極管用于串聯穩壓器的在準電壓源或汽車的電源線、電話線的浪涌電壓(異常高壓脈沖電壓)的吸收，或者連接在計算機等的連接器上，來保護連接連接器時產生的ESD(靜電壓破壞)等。
高頻二極管
高頻波用的二極管也分成如下各種類型
1)變容二極管;
2)PIN二極管;
3)穿透二極管;
4)雪崩二極管;
5)甘恩二極管;
6)階躍恢復二極管。
(1)變容二極管
給二極管外加反向電壓時產生的空乏區域，其電荷以空間性分離，因此其發揮如同電容器的作用。當外加在二極管上的電壓(反向)增加的話，則空乏層的寬度隨之擴大，正如電容器的2片電極之間的間隔變寬那樣，因此二極管的容量不斷變小。利用這種特性，用于調諧器等同步電路、調諧電路等。
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變容二極管的圖形記號、結構圖
(2 )PIN二極管
PN接合之間夾著本征半導體(I型)，外加正向電壓的話，P型半導體和N型半導體會向本征半導體注入很多空穴、以及相同密度度的電子，從而降低比電阻。這種現象叫“導電調制效果”。PIN二極管正向流通直流電流的話，在導電調制效果下會顯示出較低的電阻值，但外加反向直流電壓的話，I層的空乏層會擴大，結果會顯示出非常小的電容值。利用這種特性，可作為高頻帶的開關與共振電路的頻段開關和減衰器。
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PIN二極管的正向
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PIN二極管的反向
(3)穿透(江崎)二極管
在添加高濃度雜質的P型、N型區域外加低電壓時所形成的狹小空乏層，載子以穿透現象流通。該現象在正向電流流通前的低電壓時產生，因此一部分顯示負的斜率特性，而該二極管即使用這種特性。
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穿透二極管的特性曲線
(4)雪崩二極管
將反向電壓加在PN接合面，如果超出雪崩電壓，則會發生載子的累增雪崩現象。如果將共振器的頻率調諧在載子的累增雪崩所穿透的I區域的長度所規定的到達時間上，那么3-300GHZ之間可以產生大輸出的振蕩器或放大器。
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雪崩二極管的模式圖
(5)甘恩(Gunn)二極管
以N型砷化鎵(GaAs)的結晶構成。雖然由于電壓可使電子的速度增加，但在某個臨界值，電子的運動能量會被結晶格子所吸收，而使速度降低。而且外加大于臨界值的電壓時，在負電極附近會發生高電場區域，并在結晶中移動。由于這種高電場區域的產生、移動、消滅都是以周期性進行，因此用于5-50GHZ的微波振蕩器等。
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甘恩(Gunn)二極管的模式圖
(6)階躍恢復二極管
將PN接合上的電壓從正向切換到反向的話，電荷會聚積起來并被釋放出去，但這個過程含有很多的高次諧波，因此很容易得到高輸出微波。
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階躍恢復二極管的模式圖
晶體管的種類和使用方法
具有信號放大功能的3個端子的半導體器件。作為電流載體，有利用電子及空穴兩個載子的雙極晶體管，以及只利用電子或空穴任何一種的場效應管(FET)。
晶體管的分類
雙極晶體管中根據半導體的組合方式分為NPN型和PNP型。另一方面，場效應管因結構而分為接合型場效應管(結構FET)和MOS型場效應管(MOSFET)。還可再分為N通道、P通道，N通道中電流的主體為電子，P通道中為空穴。雙極晶體管用于模擬IC、高頻器人年、或者音頻輸出、串聯調節器等模擬用途。另一方面，MOSFET的ON-OFF切換動作迅速，由于結構簡單，且可由開關耗電量小的CMOS柵組合而成，而且通過微細加工技術可以提高性能，從而成為數字LSI器件上的必須構件。功率MOSFET是一種適用于改變ON-OFF循環時間而控制功率的開關領域的器件。
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晶體管的分類
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各種晶體管封裝
雙極晶體管
具有2個PN接合，利用電子以及空穴兩個載子作用放大或開在動作的晶體管。
結構、運作
NPN晶體管中，為了消除基極、發射極接合面的電位勢壘而外加正向電壓的話，電子將從發射極的范圍注入基極范國。削薄基極層的厚度后，幾乎所有的電子都會作為擴散電流到達基極、集電極接合面，而成為集電極電流。同時空穴也從基極注入發射極，成為基極電流，但將發射極的雜質濃度提高到基極雜質100倍的話就可以降低電流的比例，依靠微小的基極電流可以控制較大的集電極電流。
NPN晶體管中電子雖為電流的主體，但PNP晶體管中空穴為主體，因此電流的流動方向相反。
應用及用途
高頻特性良好，特性由物理量決定，因此偏差少，適合于無線設備的高頻電路等模擬電路。而且電流驅動能力較大，因此作為電源、音頻輸出、電視機的水平偏向用等功率器件被廣泛使用。
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雙極晶體管的結構
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晶體管的圖形符號
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NPN晶體管的動作原理
場效應管(FET)
場效應管和雙極晶體管不同，僅以電子或空穴中的一種載子動作的晶體管。按照結構、原理可以分為：
.接合型場效應管
.MOS型場效應管
★接合型場效應管(結型FET)
原 理
N通道接合型場效應管如圖所示，以P型半導體的柵極從兩側夾住N型半導體的結構。將PN接合面上外加反向電壓時所產生的空乏區域用于電流控制。
N型結晶區域的兩端加上直流電壓時，電子從源極流向漏極。電子所通過的通道寬度由從兩側面擴散的P型區域以及加在該區域上的負電壓所決定。
加強負的柵極電壓時，PN接合部分的空乏區域擴展到通道中，而縮小通道寬度。因此，以柵極電極的電壓可以控制源極-漏極之間的電流。
用 途
即使柵極電壓為零，也有電流流通，因此用于恒定電流源或因低噪音而用于音頻放大器等。
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結型FET的圖形記號
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結型FET的動作原理(N通道)
★MOS型場效應管
原 理
即使是夾住氧化膜(O)的金屬(M)與半導體(S)的結構(MOS結構)，如果在(M)與半導體(S)之間外加電壓的話，也可以產生空乏層。再加上較高的電壓時，氧華膜下能積蓄電子或空穴，形成反轉層。將其作為開關利用的即為MOSFET。
在動作原理圖上，如果柵極電壓為零，則PN接合面將斷開電流，使得電流在源極、漏極之間不流通。如果在柵極舊外加正電壓的話，則P型半導體的空穴將從柵極下的氧化膜-P型半導體的表面被驅逐，而形成空乏層。而且，如果再提高柵極電壓的話，電子將被吸引表表面，而形成較薄的N型反轉層，由此源杖(N型)和漏極(N型)之間連接，使得電流流通。
用 途
因其結構簡單、速度快，且柵極驅動簡單、具有耐破壞力強等特征，而且使用微細加工技術的話，即可直接提高性能，因此被廣泛使用于由LSI的基礎器件等高頻器件到功率器件(電力控制器件)等的領域中。
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MOS FET的圖形記號
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MOS FET的動作原理(N通道)
高頻晶體管
具有高速電子移動率、低噪音特性、高fr(斷開頻率)等優良的特性。以使用化合物半導本為主。GaAaMESFET、HEMT、HBT等為代表一晶體管，用于移動通訊、衛星通訊等領域。
★FET系列高頻晶體管
GaAs MESFET
GaAs MESFET：是利用了半導一材料中比Si移動性好的GaAs (Ⅲ-V族的化合物半導體)的接合型FET。具有高頻、高增益、低噪音的特征。
基本結構
和Si不同, GaAs無法得到優質的柵極氧化膜,因此無法形成MOSFET.是一種使用金屬-半導體接合面(肖特基接合面)作為柵極結構的接合型FET。在半絕緣性的基板的表面側注入離子，或通過外延成長所作的N型GaAs通道層，上面有附加肖特基接合面的柵極電極和歐姆接點的源極、漏極電極。
動作原理
動作原理是將在金屬-半導體接合面延伸到通道層內的空乏層，通過柵極電壓加以控制，從而控制源極、漏極電流的結構。
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高頻晶體管
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GaAs MESFET的結構
HEMT(高電子移動度晶體管;簡稱HEMT)
所謂HEMT，是指將AIGaAs/GaAs層混合接合部界面所產生的電子積蓄層作為通道的晶體管。因為可以直接通過柵極電極控制通道，因此除了低噪音、高增益以外，還具有特別優良的GHz帶的高頻波的特征。
基本結構
將在Ⅲ-V族化合物半導體混合接合面部分合面)所產生的高移動率的電子層(或空穴層)作為通道的肖特基柵極型FET。將柵極電極設置在AIGaAs層上，使其厚度變薄，在外加柵極電壓時，使AIGaAs層完全空乏。
動作原理
由混入AIGaAs層的施體不純物提供的電子橫切混合接合面后，向能量較低的GaAs側移動，移動后的電子被AIGaAs側施體離子的庫侖力吸引到混合接合界面，形成極薄的通道層。通過柵極電壓控制該2次元電子氣體的濃，控制源極、漏極之間的電流。這樣，電子和不純物離子被分離，GaAs中的電子可以不受到不純物散亂的影響，高速移動。
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GaAs系列HMET的結構
★雙極系列高頻晶體管
HBT(混合接合雙極晶體管)及其動作原理
HBT是用于高頻開發出的雙極晶體管的一種。和一般的雙極晶體管(單接合雙極晶體管)中，發射極、基極采用相同的半導體材料制成的相反，HBT的基極、發射極使用不同的半導體材料。一般的雙極晶體管為了提高高頻特性，將基極的不純物濃度提高，將在極層弄薄，但由于電流放大率會下降，因此有一定的界限。制成HBT結構，就能利用構成發射極和基極的半導體材料的能量差的不同，在不降低電流放大率的的情況下，提高不純物濃度，進一步提高高頻特性。
SiGe基本結構
其結構就是將通常的Si的NPN晶體管的基極通過外延成長轉換為SiGe混晶基極?？梢允褂煤鸵话愎桦p極相同的制程、設備制成，因此可以制造具有優良高頻特性、價格便宜的半導體器件。適用于混合雙極晶體管和CMOS的高頻BiCMOSLSI用。
高頻器件的用途
大功率晶體管(功率MOSFET)的種類和使用方法
大功率MOSFET絕大部分被用于開關。因此ON電壓(ON電阻)的降低和調制的高速化很重要。大功MOSFET是具有高速性和高破壞耐量的理想型功率控制哭件。
★功率MOSFET結構及種類
一般MOSFET，其電流方向與芯片表面的方向平行，相反功率MOSFET是在芯片的垂直方向流經電流。這種結構中，ON電阻下降，可以流經大電流。
功率MOSFET的柵極結構中有柵極在芯片的表面方向形成的平面型柵極以及在垂直方向上形成的溝槽型柵極2種。一般情況下，溝槽型柵極結構的ON電阻可以進一步減小，但一旦變為高耐的話，在價格×性能面反而平面型柵極結構更利。
用 途
功率MOSFET因為特性比較穩定，使用方便，因此廣泛使用。在DC-DC轉換器等開關電源、照明設備的反相電路、馬達的反相電路及速度控制等多方面得到廣泛的使用。
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MOSFET的結構的種類
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各種功率MOSFET
★超接MOSFET
結構及動作
一般MOSFET的缺點，是提高耐壓的話ON電阻就會急增加。超接MOSFET就是為了改善這個缺點而發明出來的一種器件。縱向延伸的薄板狀N層和P層相鄰配置，令N層和P層的雜質濃度一致。在ON狀態下電子流過比電阻較低的N層，可以獲得較低的ON電阻。此外，在OFF狀態下使N層-P層空乏化，就能得到和本征半導體相同的平坦的電場分布，從而實現高耐壓。
可以在保持MOSFET的高速開關特性的同時，獲得高耐壓、低ON電阻的特性。
用 途
可用于高耐開關電源、PFC(功率改善)等領域。
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超級MOSFET的結構
I G B T
IBGT是高耐壓MOSFET的一種。它利用導電調制效果(參照PIN二極管)改善了一般MOSFET的缺點----伴隨著高耐壓化而產生的ON電阻的增加。
結構及動作
要實現MOSFET的高壓化。需要雜質濃度比較低，且層厚比較厚的漏極N-區域。因此，MOSFET在ON狀態下的ON電阻會增大。IGBT就是在相當于MOSFET漏極的部位增加了正向的PN接合，從P型半導體向N型半導體注入空穴。這樣一來，就能在該區域形成電子、空穴密度非常高的狀態，實現較低的ON電阻。
用 途
IGBT被廣泛應用于變頻空調、IH烹調設備等白色家電產品及工業設備、泵、穩壓電源、風力發電等工業用途，以及混合動力汽車、燃料電池車、還有鐵路車輛的馬達控制等領域。
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IGBT的圖形記號、結構
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和一般的晶體管外觀相同的IGBT
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大型IGBT的外觀
晶閘管(硅控制整流器件)具有NPNP的4層結構，可以通過柵極信號控制正向電流通電時間的開關用半導體器件。三端雙向可控硅開關具有NPNPN的5層結構，是一種可以控制交流電壓的元件。
★晶閘管
結構及動作
晶閘管具有NPNP的4層結構。從等價電路的角度來說，相當于NPN晶體管和PNP晶體管各自的基極作為內部結構連接到了對方的集電極上。因此，NPN的基極上一旦從外部流入電流后，相應產生的NPN的集電極電流就成為PNP的基極電流，該基極電流所對應PNP的集電極電流就成為NPN的基極電流，這樣的循不不斷重復完全成為ON狀態(柵閂狀態)。
晶閘管可以通過柵極關閉電流，但無法像晶體管一樣自已切斷電流。要進入OFF狀態，需要將電流降低到一定電流(維持電流)以下，或者進入一定時間反阻止狀態。
動作可分成3個狀態。
.反阻止狀態：對于陰術來說，陽極上外加負電壓的情況下，電流和柵極狀態無關，不能流通
.OFF狀態：對于陰極來說，即使陽極變正時，柵極電流對于陰極成負乃至零的情況下，電流也不能流通。
.ON狀態：對于陰極來說，當陽極為正時，如果在柵極上加正電壓，就會產生電流。
用 途
適合于交流電壓的開關及相位控制電路、電容器電壓的放電電路、繼電器及螺線管的開關。
以下是一些實際的應用舉例：電源線的開關及燈的調光控制、加熱器的功率控制、氣體點火電路 點燃客點火電
路、漏電斷路機、頻閃閃光電路等。
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晶閘管的圖形記號、結構
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晶閘管的特性曲線
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晶閘管
★三端雙向可控硅
結構及動作
三端雙向可控硅的結構是將2個晶閘管相互反向并聯。和晶閘管不同，可控制正反任一方向的電流。電流可雙向流動是因為總有一個晶閘管是正向ON狀態的。
三端雙向可控硅最大特征是可以雙向控制AC電流。而且正負任何一柵極輸入也可以打開三端雙向可控硅。
實際上在第4象限上的控制常常得不到保障，因此使用時通常用第1限限和第3象限的組合，或者第2象限和第3象限的組合。和晶閘管一樣，要進入OFF狀態，需要將電流降低到一定電流(維持電流)以下。利用具有三端雙向可控硅輸出的光耦的話，就能很方便地利用第1象限加第3象限的組合。
用 途
使用商用電源的機器，特別在洗衣機及吸塵器等家電設備及復印機等OA設備、AC馬達的旋轉控制及加熱器功率控制、燈的調光控制、繼電器及螺線管的開關電路等方面被廣泛使用。
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三端雙向可控硅的圖形記號、結構
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三端雙向可控硅的特性曲線
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三端雙向可控硅的驅動法
高電壓、大電流晶閘管
作為數千V、數百A的電力控制用器件，分成GTO(門極關斷晶閘管)和LTT(光觸發晶閘管)
★門極關斷晶閘管(GTO)
GTO結構和表一般的晶閘管類似，和一般的晶閘管一樣在柵極和陰極之間外加正向電壓的話，就會進入ON狀態。此外，在柵極上外加反向電壓主，讓陽極電流被柵極側吸收的話，就能進入OFF狀態的自已消弧型晶閘管。
用 途
.鐵路電車驅動裝置
.工業用馬達驅動裝置
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GTO的結構、圖形記號
★光觸發晶閘管(LTT)
一般的晶閘管在柵極上外加電氣信號后進入ON狀態，而如果是LTT的話，則在柵極上照射光仟送過來的光信號，進入ON狀態?？梢詮碾娏ι蠈⒅?a href="http://www.asorrir.com/v/tag/4675/" target="_blank">電力系統和驅系統分離開來，因此能令裝置的結構更加間單。
用 途
.直流輸電用電力變換裝置
.周圍端數變換裝置、無效電力補償裝置
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半導體傳感器和種類和使用方法
利用光、溫度、磁性、壓力、加速度等外部環境的變化引起半導體內部的載子、空乏層、接合部分電容等的變化，作為電壓及電容變化取出的即為半導體傳感器。
半導體傳感器的種類
下圖所示代表性半導體傳感器的種類、傳感的對象以及用途。
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比如，光電傳傳感器有光電二極管。這是將進入接合部分的光量變換為電荷的傳感器，可以將排列多個光電二極管的電荷通過時鐘脈沖像“水桶傳接”般取出的即為CCD圖像傳感器。
磁性傳感器的動作原理
這里就屬于磁性傳感器的霍爾器件(Hall element)作說明
霍爾器件的動作原理
如果在半導體芯片中流通控制電流(IH)，在電流垂直的方向上外加磁場(磁束密度B)的話，電流和磁場呈垂直的方向上將產生電壓。這種現象叫做霍爾效應，產生的電壓叫做霍爾電壓(VH)。利用這種霍爾效應，檢測出磁場的傳感器即為霍爾器件，材料主要適用Si、 GaAs。
內置放大輸出電壓的電路等的器件叫做霍爾IC。
霍爾電壓VH用
VH=KH.IH.B來表示。
KH：積感應系數(常數)
用 途
用于馬達旋轉測、乘法電力計等。
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霍爾器件的外觀
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霍爾器件的動作原理
工商網監
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