半導體二極管的起源和發展 — SUNMATE

半導體二極管的起源和發展

起源

1874年，卡爾·布勞恩（Karl Ferdinand Braun）發現，某些金屬硫化物（半導體）在與金屬接觸後，會表現出一定的單向導通特性，並製成了首個固態半導體檢波器。現在我們則知道，這種檢波器其實是一種肖特基二極管。

1940年通過合理調控半導體中的摻雜雜質類型和濃度、選擇具有合適費米能級的金屬材料，貝爾實驗室的科學家們製備出了性能更好的肖特基二極管、PN結二極管。二極管兩側的電壓則可以改變二極管勢壘的高度和寬度，使電荷在二極管中的流通變得更困難或更容易，從而實現二極管的單向導通特性，由此半導體二極管誕生。

逐步發展

然而半導體二極管的功能有限，研究人員嘗試對半導體二極管進行升級。1947年，貝爾實驗室的肖克利（William Shockley）、巴丁（John Bardeen）和布拉頓（Walter Brattain）在半導體二極管中增加了一個電極，形成了集電極、基極、發射極三極結構，並使用基極來調控發射極到集電極之間的電流，隨後製備出了第一個半導體晶體管，相比於真空電子管，晶體管體積更小、工作性能更穩定、壽命更長、造價更低。這一發明也獲得了1956年度諾貝爾物理學獎。

20世紀80年代後隨著半導體器件製作工藝技術的發展，肖特基勢壘二極管的發展逐步走向成熟。

2007年，中國科學院物理研究所研究員胡江平與香港科技大學教授戴希等，在理論上提出利用電子、空穴摻雜超導體構造的約瑟夫森結來實現超導二極管效應，也稱約瑟夫森二極管。2020年，日本京都大學Teruo Ono研究組在Nb/V/Ta超晶格超導體中通過外加磁場實現超導二極管現象；2022年，荷蘭代爾夫特理工大學Mazhar Ali研究組在NbSe2/Nb3Br8/NbSe2約瑟夫森結實現無外場的約瑟夫森二極管效應。

2022年，中國科學院金屬研究所的科研人員提出了一種光控二極管，通過異質結的設計與構築，器件獲得了新型光電整流特性，光照條件下電流狀態實現了由全關態向整流態的轉換，進而構築出首例無需選通器件的光電存儲陣列。