本文为本人模电课程学习笔记，如有错误敬请指正
半导体二极管原理
特性
对温度、光照反应灵敏 : 温度和光照改变了电子的活泼程序，从而影响本征激发的离子浓度，改变半导体的物理性质
受杂质影响显着 : 由于本征激发粒子少，又因为杂质容易电离，故载流子浓度和性质明显受杂质影响。
结构
本征半导体：
描述：由纯净晶体结构组成的半导体。常用四价元素，特点是它们刚好形成四个共价键构成穏定结构。
性质：本征激发，本征激发的原理为电子获能突破共价键束缚，激发出带负电的自由电子和带正电的空穴，它们同时作为载流子移动而在半导体中产生电流。半径激发时电离出的离子浓度称为本征浓度。
杂质半导体
描述：
为了实现特定目的，有控制地掺入杂质改变载流子浓度，从而改变了导电能力的半导体。由于掺入杂质近乎全部电离，产生的载流子浓度远大于本征激发浓度，因此半导体特性主要视乎其掺入的杂质。主要分为掺入了V族元素的N型半导体，以及掺入III族元素的P型半导体。
N型半导体：
通过在本征半导体中掺入V族元素，V族元素与IV族元素形成共价键后产生多途的电离电子，使半导体中的自由电子变为多数载流子（多子），空穴变为少数载流子（少子）。该结构所产生的半导体称为N型半导体。
P型半导体：
通过在本征半导体中掺入III族元素，III族元素与IV族元素形成共价键后产生缺失电子的空穴，半导体中的空穴变为变为多数载流子（多子），电子变为少数载流子（少子）。所产生的半导体称为P型半导体。
P-N结
结构
P-N结，通过工艺使半导体一侧形成P型半导体，一侧形成N型半导体，可使二者交界处形成P-N结。
特点
P-N结半导体中同时存在俩种载流子运动形成的电流。
一种是由于载流子浓度差而随浓度梯度扩散的扩散电流，俩种载流子在PN交界处相复合抵消使得交界处的带四个共价键的杂质离子呈现电性，此时在交界处非电中性而存在由扩散作用导致的电场被称为内电场，内电场的建立导致粒子扩散需要克服电场力做功，提升了粒子扩散所需的势能，从而阻止了粒子的扩散运动。
另一种则是载流力受电场力作用下的漂移电流，由于PN俩极交界处形成了带电性的空间电荷区，空间电荷区的内电场促使对应载流子（少子）按电场方向移动形成漂移电流。由于其方向与扩散电流相反。
附注一:对扩散运动和漂移运动可分别通过扩散系数和迁移率进行量化描述，需注意其数值随温度进行变化。
附注二：扩散电流是多子流向低浓度区域，漂移电流是少子流向高浓度区域。实际上考察其中一种载流子时，在二者作用下粒子转移趋向平衡。
结构原理
扩散运动导致了非电中性的空间电荷区，从而导致了漂移运动的出现。则当扩散运动与漂移运动达到平衡时，通过交界面的电荷数动态为零。从而使得P-N结形成缺少载流子的高阻区（又称耗尽层）。由于空间电荷区无载流子，故P-N结两侧的粒子存在电势差，因此空间电荷区又被称为势垒区。
附注一:由分析可得，N区的电位较P区高，其差值可通过求出，其中为接触电位，为受主和施主杂质浓度，为本征载流子浓度。附注二：P-N结穏定有具有一定宽度，其大小与材料及掺杂浓度相关。
性质
单向导电性：
正向导电：P-N结正向偏置，即回路内连接P极至正极（高电势），同时连接N极至负极（低电势）时，外加电场方向与内电场相反（可认为除P-N结外的部份都呈电中性，即可近似为导体而保持等势，因此电场主要施加在P-N结上），由此外电场减弱了内电场的作用，使得扩散作用大于漂移作用，总体上形成扩散电流（破坏了俩种运动的平衡，使载流子进入到空间电荷区。），由此P-N结能在很小的电压变化上引起很大的电流变化，此时P-N结呈低电阻状态。
反向截止：P-N结反向偏置，即回路内连接P极至负极（低电势）同时连接N极至正极（高电势）时，外加电场方向与内电场相同，增加的电场减弱空间电荷区上的扩散作用并加大了漂移作用，总体上形成漂移电流，但由于漂移电流的载流子（少子）的浓度低，流过的电流十分微弱，因此外电场增加时电流依然十分微弱，并很快达到饱和状态（增加外电场不再导致电流增加），由于称该电流为反向饱和电流。此时P-N结呈高电阻状态。
伏安特性：
描述任一电氣元件時，我們最关心的往往是其电氣特性。而二极管的伏安特性可以通过直接测量並进行数据拟合得到，其表达式為一个指数形式的表达式，可通过查閱模电相关參考書可得到該表达式的更多細節。具体為
其中为反向饱和电流，为温度电压当量，室温取26mV。
击穿特性：
雪崩击穿：反向偏置低掺杂的P-N结时，当外加电压超过某一数值（硅：），少子的动能增加并碰价电子对产生动能较高的空穴对，此时新产生的空穴对经过电场加速后撞击其他价电子对，产生连锁反应，从而使P-N结内的载流子急剧增加，总体上表现为电流剧增。（但电压变化很小，常被用作穏压管）
齐纳击穿：反向偏置高掺杂的P-N结时，其击穿电压较雪崩击穿低(硅：），原因是高掺杂导致其势垒区宽度低，使得外电场较小时便可在势垒区产生较大的迭加场强，使足够价电子脱离共价键，从而使电流增大。
附注一：雪崩击穿具有正温度系数，即当元件温度升高时，只有施加更大的电压才能导致雪崩击穿，这是由于晶格在温度高时振动更强烈，使得载流子与晶格碰撞导致的能量损失增加，从而需提供更多能量引发连锁反应。
附注二：齐纳击穿有负的温度系数，原因是齐纳击穿基于隧道效应，由于隧道间距与禁带寛度成正比，与场强成反比，又因禁带寛度与温度负相关，因此在高温下隧穿的载流子随温度增加，从而能在较低的电压下引发击穿。参考：为什么齐纳击穿是负温度系数-知乎
电容特性：
外电场发生改变时，空间电荷区内储存的电荷量发生变化，满足关系，则称其存在电容特性。
势垒电容：在P-N结反偏时改变反偏电压，则空间电荷区的寛度随之变化，使得空间电荷区储存电荷量变化，其过程满足电容物理模型，则可把这种变化等效为电容，称为势垒电容。
扩散电容：P-N结正偏时，戴流子从高浓度向低浓度区域扩散，在空间电荷区和边界层形成浓度梯度。且边界层上的非平衡少子梯度浓度随正偏电压改变，从而导致了边界层上储存的电荷量改变。其变化满足电容模型，称为扩散电容。
附注：可视作非线性电容，当高频正偏时扩散电容不可忽略，高频反偏时势垒电容不可忽略。
