从PN结到二极管基础
一，二极管初步理解
二极管在我们这个世界非常重要，从广义来说它是绝大多数半导体器件的最基本单元，是信息处理的三大基本单元的重要组成部分：信息处理、信息传输（发送、接收）、信息存储；如果将一颗芯片看成一个世界，那么“二极管”就是组成这个世界的原子。我们前面一章已经介绍了广义的二极管：PN结；本章就来介绍具体的、详细的、狭义的二极管：二极管。二极管是“PN结”所能构成的最简单的半导体器件，看似非常简单，但由于各种不同场景的应用需求，种类却非常繁多。
从原理上来说PN结其实就是二极管，同时PN结的特性就是二极管的基本特性，我们利用PN结的不同特性，并将其某一特性放大，就成为了某一类二极管；如下为PN结的其中一些特性：
1. 整流：利用PN结单向导通特性，将交流整流成直流信号；
2. 开关：利用PN结正向低电压导通、反向截止特性，作为开关组成各种逻辑电路；
3. 钳位：利用PN结正向导通后压降基本保持不变，作为钳位元件限制信号幅度；
4. 检波：利用PN结反向恢复时间特性，从输入模拟信号中提取出调制信号；
5. 变容：利用PN结势垒电容大小随空间电荷区距离变化的特性，实现可变电容；
6. 稳压：利用PN结反向齐纳击穿时电压基本保持不变的特性，达到稳压的目的；
7. 防护：利用PN结反向雪崩击穿时电流随电压指数增加的特性，用于浪涌防护；
8. 发光：利用半导体材料中自由电子从能带被捕获到价带（电子-空穴复合）时释放的电势能直接转化成光能的特性，用于制造光源。
——其它二极管我们为什么看不到它发光呢？。
所以我们根据不同应用需求，将二极管分为：整流二极管，开关二极管，高频二极管，变容二极管，肖特基二极管，稳压二极管，TVS管，发光二极管等等。
虽然所有二极管的基本特性都是一样的：正向导通、反向截止；但我们在选择二极管时，还是需要对不同类型的二极管进行区分，以使其更加适合的用于硬件设计中。
1，二极管工艺制备
硬件工程师不设计二极管，为什么需要去了解二极管的工艺制备流程呢？
从广义来回答这个问题，就是：谁让我们自己选择跳这个坑呢？你也可以试着爬出这个坑再跳其它的。
从狭义来回答这个问题，就是：因为这是一个非常好的直观理解二极管窗口，我们可以了解怎么从半导体材料制作出PN结，然后又变成我们能用的二极管。这样就将上一章节的内容一起融合进来，而不只是停留在理论上。
制作二极管的工艺流程如下步骤及图所示：
1. p-Si材料准备工作：单晶硅片（平整、无缺陷）制备，将硅片表面化学清洗；
2. 氧化：二氧化硅薄膜制备，双面氧化；
3. 涂胶：涂光刻胶（聚乙烯肉桂酸脂），涂胶后对光刻胶的加固过程：烘烤；
4. 曝光：曝光之前制作掩膜覆盖，在氧化层上刻出扩散窗口，最终成为P/N结二极管的位置；
5. 显影：用显影液去除曝光后硅片上光致蚀剂的过程，显影后还有一步烘烤的工艺：坚膜；用于除去剩余光刻胶，光刻胶对下一工序腐蚀液有抗蚀能力，这样才能保证将硅片上无光刻胶膜保护的氧化层去净；
6. 腐蚀：腐蚀液只能对二氧化硅、铝膜、铬膜等起腐蚀作用，而对硅和其它材料不起作用；
7. 去胶：将光刻胶清洗掉；
8. 杂质扩散：这是杂质的预沉淀，硅片经过适当清洗后，根据不同二极管类型要求，扩散不同的杂质；
9. 驱入：硅片再经适当清洗后，进行杂质的再分布，在未被氧化层保护的区域形成n+ ~ P结（“+”表示高掺杂）；
10. 金属化：将器件与外部连接起来；淀积金属膜有溅射和蒸发两种方法，通常还需要在低温下退火来改善金属层与硅之间的接触阻抗；
11. 涂胶：通过光刻胶去除扩散结区之外多余的金属膜；
12. 曝光Mask2板：黑色部分不透光，四周白色部分为刻蚀金属的位置；
13. 显影；
14. 腐蚀：将边上金属腐蚀清除；
15. 去胶：完成金属化接触后，对器件进行塑封或则密封在金属管壳内。
2，二极管PN结电荷运动描述
我们再来定性地回顾下二极管PN结电流的形成机制，如下图所示：
1. 如下图（a）图为平衡状态下的能带图，在上一章中我们已解释过：N区的“自由电子”在扩散过程中“遇到”的势垒：eVbi阻止了高浓度“自由电子”流向P区并滞留在N区内；同理P区的“空穴”也被滞留在了P区内，从而势垒维持了热平衡。
2. 如下图（b）表示反偏状态下PN结能带图，此时N区相对P区加正电压，所以N区的费米能级要低于P区内的费米能级，P区与N区的势垒高度增加了：eVbi+Vr；由于势垒高度更高，继续阻止“自由电子”和“空穴”的流动，所以PN结内基本没有电荷流动。
3. 如下图（c）表示正偏状态下的PN结能带图，此时P区相对于N区加正电压，所以P区的费米能级要低于N区的费米能级，总势垒高度降低了：eVbi-Vr，这意味着空间电荷区的电场也随之减弱，“自由电子”和“空穴”不能分别滞留在N区和P区；于是PN结内就有了一股由N区到P区的电子流，以及由P区到N区的空穴流。
