p-n结的开关速度：

 

        p-n结具有很好的单向导电性，因此，它本身就是一个很好的电流开关——正向电流很大、反向电流很小。由于通过理想p-n结的电流（正向电流和反向电流）基本上都是少数载流子的扩散电流，所以p-n结在开、关时其正向和反向电流大小的变化，将主要决定于p-n结两边扩散区中存储的少数载流子浓度梯度的变化。

        p-n结的开关速度即由开关时间来表征，而开关时间包括有开启时间（上升时间）和关断时间（反向恢复时间）两个部分。

        当p-n结由反偏转换到正偏（即开启）时，由于首先要对p-n结充电，则立即就有较大的电流通过，然后电压再逐渐上升、并增大到正偏电压，从而电流开通所需要的时间几乎为0，这就是说，p-n结的开启时间（上升时间）可以忽略。但是当在导通的p-n结上突然加上反向电压时，它却不会立刻就关断——电流截止，这是由于事先p-n结的两边扩散区中存储有大量的非平衡少数载流子（这是p-n结导通的必备条件），在反向电压加上以后，只有当这些存储的非平衡少数载流子逐渐消失之后，p-n结才进入到电流截止的状态，所以关断时间（反向恢复时间）一般是较长的。因此可以说，p-n结的开关时间主要就是反向恢复时间。

        实际上，p-n结的关断过程包含着电流变化规律完全不同的两个阶段：首先是反向电流恒定的阶段（相应的时间称为存储时间），然后是反向电流衰减到0的阶段（相应的时间称为下降时间）。因此有：

 

                                       [开关时间]≈[反向恢复时间] = (存储时间)+(下降时间)

 

        在存储时间过程中，扩散区中存储的非平衡少数载流子逐渐减少（由于反向电压的抽出作用以及少数载流子的扩散与复合作用所致），但是在这个少数载流子数量不断减小的过程中，却能够保持少数载流子反向浓度分布的梯度不变，从而可以保持关断时的反向扩散电流恒定。当扩散区中存储的非平衡少数载流子数量减少到再也不能维持恒定的反向浓度梯度时，就进入到了下降时间的过程，这时将进一步通过扩散与复合，使非平衡少数载流子浓度梯度不断减小，存储的非平衡少数载流子数量也不断减少，相应地反向电流也不断降低、直至为0——截止。下降时间过程将造成反向电流有一个拖尾。

        为了提高开关速度，就应该减短存储时间和下降时间；采取的主要措施就是：

        （1）减少非平衡少数载流子的存储数量；

        （2）加快所存储的少数载流子的消失过程。从器件本身来说，提高开关速度的主要措施是减短扩散区中少数载流子的寿命，其次是减小p-n结的面积和减短两边扩散区的长度（即缩小非平衡少数载流子的存储空间）；这些措施可有效地减短存储时间。

 

        快恢复二极管（Fast-Recovary Diode）：

 

        这是一种p-n结超高速开关二极管。实际上，它是通过在p-n结中合理地掺入适当的复合中心杂质，来获得很短的反向恢复时间的。在制作快恢复二极管时，所采用的Si材料的少数载流子寿命一般也都是很短的（为0.5～5ns）。

        如果采用直接带隙半导体（例如GaAs）来制作二极管，因为这类半导体中载流子的寿命要比Si中的短得多（因为是直接复合之故），所以能够得到反向恢复时间远小于Si/p-n结二极管的快恢复二极管（GaAs/p-n结二极管的反向恢复时间≤0.1ns）。当然，如果用Schottky二极管来作为开关，那么速度必然很高，因为它本身就是一种多数载流子器件，不存在少数载流子的存储问题，所以其反向恢复时间几乎为0.

 

        电荷存储二极管（Charge-Storage Diode）：

 

        这是与快恢复二极管在性能上恰恰相反的一种p-n结开关二极管。电荷存储二极管的反向恢复时间（特别是存储时间）相对较长，这就意味着，在导通时其中存储有数量较多的非平衡载流子电荷。

 

        阶跃恢复二极管（Step-Recovery Diode）：

 

        这是存储时间较长、下降时间非常短（ps数量级）的一种电荷存储二极管；它在关断时的电流波形是陡峭（阶跃式）变化的，所以特称为阶跃恢复二极管。

        为了实现p-n结二极管的下降时间≈0，可在扩散区中设置由势垒区指向扩散区的内建电场来达到。因为这种方向的内建电场虽然对于少数载流子的正向扩散具有加速作用，但是对于反向的扩散却具有阻挡作用，即在p-n结关断时具有拉住少数载流子、不让它们流入势垒区的作用；这样一来，在全部存储的少数载流子消失之前，在势垒区边缘处的少数载流子浓度不可能变为0，于是就必能得到此处的少数载流子浓度梯度=0，即反向扩散电流很快下降到0，所以下降时间≈0。

        阶跃恢复二极管中的内建电场可通过不均匀的掺杂技术来引入。实际上，该二极管在结构上往往就是界面附近处的掺杂浓度分布非常陡峭的p-i-n结（通常可采用外延技术来形成）。因为阶跃恢复二极管具有这种较为特殊的、与变容二极管相似的杂质浓度分布，所以该二极管也可以看成是一种特殊的变容二极管。

        在制作电荷存储二极管和阶跃恢复二极管时所采用的Si，往往是少数载流子寿命较长的材料（为0.5～5μs，比快恢复二极管的要长约1000倍），用以获得较多的存储电荷。

        一般，阶跃恢复二极管的正向压降较低，反向击穿电压较高（采用p-i-n结构之故）。但由于其瞬态响应的特殊性（反向电流波形陡峭），因此它是一种具有高度非线性特性的电抗元件，故在电路应用中能够产生出丰富的谐波分量。从而，阶跃恢复二极管可用于倍频器、高速脉冲整形与发生器以及高频谐波发生器等。在用作倍频器时，在高达20次倍频中仍然能够保持较高的效率，故它是一种优良的微波倍频元件。

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