為什么硅二極管的死區(qū)電壓比鍺二極管的死區(qū)電壓大？

為什么硅二極管的死區(qū)電壓比鍺二極管的死區(qū)電壓大？

硅二極管和鍺二極管是電子學(xué)中非常常見(jiàn)的兩種二極管。二極管的死區(qū)電壓是指當(dāng)二極管處于反向偏置狀態(tài)時(shí)，為了使其在逆向方向上有所響應(yīng)，所需的外部驅(qū)動(dòng)電壓。 死區(qū)電壓通常是根據(jù)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)確定的。 在這篇文章中，我們將詳細(xì)討論硅二極管和鍺二極管的結(jié)構(gòu)和特性，并解釋為什么硅二極管的死區(qū)電壓比鍺二極管的死區(qū)電壓要大。

首先，我們來(lái)了解一下什么是半導(dǎo)體二極管。二極管是由半導(dǎo)體P型和N型材料組成的電子元件。P型半導(dǎo)體富含正電荷載流子（空穴），N型半導(dǎo)體富含負(fù)電荷載流子（電子）。當(dāng)這兩種半導(dǎo)體材料連接在一起時(shí)，它們的電子會(huì)交換位置，從而形成一個(gè)PN結(jié)。PN結(jié)具有非常有趣的電學(xué)特性，它允許電流在特定的方向上流動(dòng)，而在相反的方向上則會(huì)被阻止。

現(xiàn)在，我們來(lái)看看硅二極管和鍺二極管的材料特性。硅和鍺是兩種最常用的半導(dǎo)體材料，它們有很多相似的特性，但也存在一些差異。硅的帶隙比鍺更大，因此電子需要更多的能量才能躍過(guò)帶隙并形成導(dǎo)電。因此，在相同的溫度下，硅的電阻率通常比鍺更高。此外，硅具有更穩(wěn)定的溫度特性，也就是說(shuō)，它的電學(xué)性能不會(huì)隨溫度而產(chǎn)生明顯的變化。

接下來(lái)，我們來(lái)看一下兩種二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 鍺和硅二極管的結(jié)構(gòu)幾乎相同，它們的主體都是由兩個(gè)相互摻雜的半導(dǎo)體 PN 結(jié)構(gòu)組成。然而，它們之間的最大差異是材料化學(xué)性質(zhì)的不同，這些性質(zhì)反映了三者之間的晶格距離，而晶格距離則決定了電子流的可能性。 在鍺二極管中，電子的流動(dòng)性是由于化學(xué)鍵增強(qiáng)，較易接受，并能形成空穴，而在硅二極管中則需要更高的能量才能形成空穴，這導(dǎo)致硅二極管中空穴的濃度比鍺二極管要小。

現(xiàn)在，讓我們來(lái)研究一下為什么硅二極管的死區(qū)電壓比鍺二極管的死區(qū)電壓要大。在正常情況下，當(dāng)二極管處于正向偏置狀態(tài)時(shí)，它的阻抗非常低，電流可以非常容易地通過(guò)它流出。 然而，在反向偏置狀態(tài)下，二極管將從電導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電阻狀態(tài)，需要一個(gè)很大的反向電場(chǎng)來(lái)克服它。 此時(shí)，如果反向電壓達(dá)到二極管的死區(qū)電壓，電阻狀態(tài)將不再可逆轉(zhuǎn)，這意味著電流不會(huì)再通過(guò)二極管，電壓將被完全阻隔。 因此，死區(qū)電壓越低，二極管就越容易被搞壞。

硅二極管和鍺二極管之間的關(guān)鍵差異是晶格距離，這決定了它們?cè)诜聪蚱脿顟B(tài)下的響應(yīng)。鍺二極管具有較短的晶格距離，從而形成了一個(gè)短的 PN 結(jié)構(gòu)。這意味著鍺二極管的電子很容易跨越 PN 結(jié)，因此在反向偏置狀態(tài)下，其響應(yīng)非常靈敏。換句話說(shuō)，鍺二極管的死區(qū)電壓很低，只需非常小的反向電壓即可將其處于電阻狀態(tài)。

相比之下，硅二極管的死區(qū)電壓要高得多，原因是硅的晶格距離更長(zhǎng)，因此PN結(jié)構(gòu)更大。 這意味著硅二極管需要更高的反向電場(chǎng)才能在反向偏置狀態(tài)下創(chuàng)造一個(gè)完全電阻的狀態(tài)。 硅二極管的死區(qū)電壓的高度也意味著它更難被損壞，因?yàn)楦叩姆聪螂妷菏遣惶赡艹霈F(xiàn)在電路中的。

綜上所述，硅二極管和鍺二極管都是非常常見(jiàn)的半導(dǎo)體器件，但在反向偏置狀態(tài)下，它們的響應(yīng)存在很大的差異。由于硅的晶格距離更長(zhǎng)，因此PN結(jié)構(gòu)更大，這導(dǎo)致硅二極管需要更高的反向電場(chǎng)才能形成完全電阻的狀態(tài)，因此死區(qū)電壓更高。 相比之下，鍺二極管具有較短的晶格距離和更小的 PN 結(jié)構(gòu)，使用更低的反向電場(chǎng)就可以使其處于電阻狀態(tài)，因此具有更低的死區(qū)電壓。這就是為什么硅二極管的死區(qū)電壓比鍺二極管的死區(qū)電壓要高得多的原因。