二极管介绍与生产工艺

二极管介绍与生产工艺©USI.Allrightsreserved.ContentsList目录1.二极管简介.......................................................22.半导体的导电特性.................................................33.二极管的电气特性.................................................54.二极管的主要参数.................................................65.二极管应用电路...................................................85.1.二极管稳压电路.......................................................85.2.二极管检波电路.......................................................95.3.二极管钳位电路......................................................105.4.二极管整流应用......................................................116.二极管生产工艺流程..............................................146.1.半导体扩散工艺......................................................156.2.二极管制造中序......................................................267.二极管生产问题分析..............................................308.二极管构造分类..................................................328.国产二极管型号命名..............................................339.各类型二极管常用检测法..........................................341©USI.Allrightsreserved.二极管在电路中主要起稳压，检波，整流，钳位，限幅等作用。电流只能从二极管的正极流向负极普通二极管用符号D表示。二极管简介晶体二极管是由P型半导体和N型半导体烧结形成的P-N结界面。图为常见二极管外形及表示方法二极管的构成KindsofdiodesLightemittingdiode二极管的应用整流稳压钳位检波线路符号+-2ItemsImageCharacterizationDescription半导体基本特性热敏性:温度升高，导电增强光敏性:光照增强，导电能力变化掺杂性:往纯净的半导体内掺入某些杂质导电能力明显改变本征半导体完全纯净半导体晶体为本征半导体。共价键中两个电子束缚在共价键中成为束缚电子常温热激发，价电子获得能量脱离共价键成为自由电子，留下空穴,称为本征激发外加电压时，空穴吸引临近电子来补，相当于空穴迁徙，电子和空穴数量很少，形成弱电流半导体导电特性3ItemsImageCharacterizationDescription杂质半导体N型掺入极高浓度五价元素，自由电子浓度远大于空穴。自由电子称多子，空穴称少子P型掺入极高浓度三价元素，空穴浓度远大于自由电子。空穴称多子，自由电子称少子PN结导电特性PN结加正向电压，内电场削弱，多子形成扩散导通状态PN结加反向电压，少子漂移增强，少子的数量很少形成很小的反向电流，截止状态半导体导电特性4©USI.Allrightsreserved.正向电压很小未克服PN结内电场正向电流几乎为0电压大于死区电压PN结电场逐渐克服电流随电压增大上升PN结内电场完全削弱电流随电压增大上升二极管导通压降不变Voltage0~VthVthVth正向特性二极管处于死区导通进行状态正常导通状态阈值电压Vth，硅管约为0.5V，锗管约为0.1V。正向导通压降硅管约为0.6~0.8V锗管的约为0.2~0.3V反向特性反向电压很小反向漏电流很小二极管反向截止反向漏电流受温度影响大于反向击穿电压反向电流突然增大失去单向导电性反向电击穿过热则永久损坏若未引起击穿过热则不一定损坏VoltageUbrUbr0~Ubr反向截止状态反向击穿击穿损坏常温下硅管的反向电流比锗管小得多，小功率硅管的反向饱和电流在nA数量级，锗管在μA数量级反向截止电压死区电压特性曲线二极管电气特性5二极管主要参数最大整流电流If二极管长期工作，允许的最大正向平均电流值，其与PN结面积及散热条件等有关。电流通过管子管芯发热，超温会使管芯过热损坏最高反向工作压Ud二极管两端反向电压高到一定值时，管子击穿，失去单向导电能力。IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007为1000V6反向电流Id反向电流越小，单向导电性能越好二极管在常温（25℃）和最高反向电压作用下，流过的反向电流。最高工作频率FmFm取决于PN结面积，PN结面积越大，Fm越低Fm是二极管工作的上限频率。高于该频率将不能正常工作二极管主要参数7二极管构造分类二极管构造分类二极管稳压电路Project二极管稳压电路形式二形式一输出电压U0取自稳压管VZ两端，故U0=Uvz。当电源电压上升，由于稳压二极管的稳压作用，Uvz不变，输出电压U0也不变。该稳定不变电压可供给其他电路，使电路稳定正常工作。输出电压取自限流电阻R两端，当电源电压上升时，稳压二极管两端电压Uvz不变，限流电阻R两端电压上升，故输出电压U0上升。稳压二极管按这种接法是不能为电路提供稳定电压。稳压二极管需反接于电路中，并工作于反向击穿状态8二极管构造分类二极管构造分类二极管检波电路Project二极管检波电路检波原理电路中VD1是检波二极管，C1是高频滤波电容，R1是检波电路的负载电阻，C2是耦合电容。检波电路中，调幅信号加到检波二极管正极，这时检波二极管工作原理与整流电路整流二极管工作原理基本一样，利用信号幅度使检波二极管导通。展开后的调幅信号波形中可以看出，它是一个幅度变化的交流信号。这一信号加到检波二极管正极，正半周二极管导通，负半周二极管截止，相当于整流电路工作，在负载电阻R1上得到正半周信号包络，信号虚线部分，见图中检波电路输出信号波形（不加高频滤波电容时输出信号波形）。检波电路输出信号由音频信号、直流成分和高频载波信号成分组成。三种信号中，最重要是音频信号处理。9二极管构造分类二极管构造分类二极管钳位电路Project二极管钳位电路钳位原理水平线是受保护的节点。当该电压超过Vcc+Vd时，上面的二极管导通，当该点电压小于-0.7V时，下面的二极管导通。因此该点的电位被钳制在-0.7~Vcc+Vd之间。对于正常的二极管，正向电阻约为几千欧，反向电阻约为几百千欧（一般应大于200千欧）。如果电压过高，高于Vcc+Vd（二极管导通压降），上面的二极管导通，输出电压钳位于Vcc+Vd；如果电压过低，低于-Vd（二极管导通压降），下面的二极管导通，输出电压钳位于-Vd。10Project二极管半波整流电路半波整流波形原理半波整流电路结构变压器输出电压U2仅半个周期可到达负载，负载电压U0是单方向脉动直流电压如图(a)，半波整流电路由电源变压器、整流二极管和负载组成。U2表示变压器二次绕组的交流电压有效值，U0是脉动的直流输出电压，半波整流电路简单，使用元器件少，输出电压脉动很大，效率很低用在对直流电流波形要求不高的场合变压器T一次侧电压U1，变压器的二次侧电压U2U2为正半周时VD导通，在RL上产生正半周电压；U2为负半周时VD截止，负载RL上无电流流过当输入电压进入下一个周期，整流电路将重复上述过程U2UO.Voltagewaveform二极管构造分类二极管构造分类二极管整流电路11Project二极管全波整流电路全波整流波形原理全波整流电路结构全波整流电路由两个半波整流电路组成，变压器T二次绕组具有两个中心抽头，将二次绕组分为上下两个相等部分，变压器两个输出端可以得到两个大小相等相位相反的输出电压全波整流电路带载能力强，输出电压脉动小，易滤成平滑直流电源变压器需中心抽头，变压器效低，整流管承受的耐压高。适用稳定要求较高，输出电流大的场合当U2正半周VD1导通VD2截止，电流Io(ID1)通过VD1和RL在负载两端产生上正下负脉动直流电压Uo当U2负半周VD2导通VD1截止，电流Io(ID2)通过VD2和RL在负载两端产生上正下负脉动直流电压Uo正半周和负半周电压经过VD1和VD2整流后在负载上合成为全波脉动直流电压UoU2UT.VoltagewaveformU2U21U22UoU21U22二极管构造分类二极管构造分类二极管整流电路12Project桥式整流电路桥式整流波形原理桥式整流电路结构.Voltagewaveform桥式整流电路属全波整流，是使用最多整流电路。四只二极管接成电桥在电压U2正负半周均有电流流过负载，在负载上形成单方向的全波脉动电压桥式整流电路由电源变压器、四只整流二极管和负载电阻组成桥式整流电路利用交流输入整个周期，变压器利用率高，输出电压为半波整流的两倍，输出电压的脉动大大减少。广泛用于家用电器、仪器仪表、通信设备、电力控制等方面。当U2正半周变压器二次绕组电压A正B负VD1VD3导通，VD2和VD4截止，电流Io1经VD1、RL和VD3在RL输出Uo,图(a)当U2负半周变压器二次绕组电压B正A负VD2VD4导通，VD1和VD3截止，电流Io2经VD2、RL和VD4在RL输出Uo,图(b)电压U2一个周期内，负载RL上均有电流流过U2UoU2(a)(b)二极管构造分类二极管构造分类二极管整流电路13二极管构造分类二极管构造分类二极管生产工艺流程前期半导体扩散中期制造成型后期打印包装。热氧化。扩散。LPCVD。合金。清洗。沾污测试。焊接。酸洗。模压。印字。机包。外拣。包装14©USI.Allrightsreserved.二极管构造分类二极管构造分类半导体扩散工艺扩散区域按工艺分，主要有热氧化、扩散、LPCVD、合金、清洗、沾污测试等六大工艺热氧化工艺介绍热氧化法是高温下（900℃-1200℃）使硅片表面形成二氧化硅膜方法。常用杂质(硼,磷,砷等)在氧化层中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数，因此氧化层具有阻挡杂质向半导体中扩散的能力。利用这一性质，在硅上的二氧化硅层上刻出选择扩散窗口，则在窗口区就可以向硅中扩散杂质，其它区域被二氧化硅屏蔽，没有杂质进入，实现对硅的选择性扩散，从而导致了硅平面工艺的诞生。15◙.热氧化方法介绍干氧氧化氧分子以扩散的方式通过氧化层到达二氧化硅-硅表面，与硅发生反应，生成一定厚度的二氧化硅层。干氧氧化化学反应式：Si+O2==SiO2干氧化制作的SiO2结构致密，均匀性重复性好，掩蔽能力强，对光刻胶的粘附性较好，但生长速率慢；较用于高质量氧化，如栅氧等。二极管构造分类二极管构造分类半导体扩散工艺湿氧氧化反应气体中包括O2和H2O，实际是两种氧化结合使用。湿氧氧化化学反应式：H2+O2==H2OH2O+Si==SiO2+2H2Si+O2==SiO2湿氧氧化生长速率介于干氧氧化和水汽氧化间；通过H2和O2流量比例调节O2和H2O分压比，调节氧化速率。为了安全，H2/O2比例不可超过1.88。湿氧化的氧化层对杂质掩蔽力以及均匀性均满足工艺要求，氧化速率比干氧氧化明显提高，因此在厚层氧化中得到较广泛应用。16©USI.Allrigh