反向恢復過程的原因

　　電荷存儲效應的原因是，當直流電壓VF施加到二極管時，載流子不斷擴散和存儲。當施加直流電壓時，P區的空穴擴散到N區，N區的電子擴散到P區，不僅使勢壘區(耗盡區)變窄，而且存儲了相當數量的載流子。電子存儲在P區，空穴存儲在N區，由不平衡少數攜帶，如下圖所示。

　　空穴從P區擴散到N區后，不會立即與N區的電子復合而消失。而是在一定的距離LP(擴散長度)內，一方面繼續擴散，另一方面與電子復合而消失。這樣，在LP范圍內將存儲一定數量的空穴，并建立一定的空穴濃度分布。結邊緣附近的濃度，離結越遠，濃度越小。正向電流越大，存儲的空穴越多，濃度分布的梯度越大。電子向P區的擴散是相似的。下圖顯示了二極管中存儲電荷的分布。

　　我們把正向傳導中不平衡的少數載流子積累現象稱為電荷存儲效應。

　　當輸入電壓突然從+VF變為-VR時，儲存在P區的電子和儲存在N區的空穴不會立即消失，而是通過以下兩種方式逐漸減少:①在反向電場的作用下，P區的電子被拉回N區，N區的空穴被拉回P區，形成反向漂移電流IR，如下圖所示；(2)與多數載流子復合。

　　在這些存儲的電荷消失之前，pn結仍然處于正向偏置，即勢壘區仍然很窄，pn結的電阻仍然很小，與RL相比可以忽略不計，所以此時的反向電流IR = (VR+VD)/RL。VD代表pn結兩端的正向壓降，一般為VRVD，即IR = VR/RL。在此期間，IR基本保持不變，主要由VR和RL決定。在時間ts之后，存儲在P區和N區中的電荷已經顯著減少，勢壘區逐漸變寬，并且反向電流IR已經逐漸減小到正常反向飽和電流的值。經過tt時間后，二極管關閉。

　　從上面可以看出，二極管在開關過程中的反向恢復過程本質上是由電荷存儲效應引起的，反向恢復時間就是存儲的電荷消失所需的時間。

　　二極管和一般開關的區別在于“開”和“關”是由施加電壓的極性決定的，“開”狀態有微小的壓降V f，“關”狀態有微小的電流i0。當電壓由正向變為反向時，電流不會立即變成(-i0)，但反向電流在一段時間ts內總是很大，二極管不關斷。ts后反向電流逐漸減小，tf時間后二極管電流變為(-i0)，ts稱為存儲時間，tf稱為下降時間。Tr= ts+ tf稱為反向恢復時間，上述過程稱為反向恢復過程。這其實是電荷存儲效應造成的，反向恢復時間就是存儲的電荷耗盡所需的時間。該過程防止二極管在快速連續脈沖下被用作開關。如果反向脈沖的持續時間短于tr， 二極管正反兩個方向都可以導通，起不到開關作用。

　　二極管類型

　　二極管有很多種，按使用的半導體材料可分為鍺二極管(Ge管)和硅二極管(Si管)。根據其用途的不同，可分為檢波二極管、整流二極管、齊納二極管、開關二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發光二極管等。按管芯結構可分為點接觸二極管、面接觸二極管和面接觸二極管。點接觸二極管是用一根細金屬絲壓在半導體晶片的光滑表面上，施加脈沖電流，使接觸線的一端與晶片牢固燒結，形成“PN結”。由于是點接觸，只允許小電流(不超過幾十毫安)通過，適用于高頻小電流電路，如無線電檢測。表面接觸二極管的“PN結”具有大面積，這允許大電流 (從幾安培到幾十安培)才能通過，主要用于將交流電轉換成直流電的“整流”電路中。平面二極管是一種特殊的硅二極管，不僅能通過大電流，而且性能穩定可靠，常用于開關、脈沖和高頻電路中。