در ابتدای یادگیری دیود باید به بررسی مواد نیمه‌هادی (نیمه‌رسانا) بپردازیم.
نیمهرساناها
نیمهرساناها، دو نوع هستند:
· نیمه‌رسانای ذاتی (خالص)
· نیمه‌رسانای غیرذاتی (دارای ناخالصی)
در نیمه‌رسانای ذاتی تعداد حفره و الکترون برابر است، در صورتی که در نیمه‌رسانای غیرذاتی چنین نیست. در طبیعت نیمه‌رسانای کاملا خالص وجود ندارد و تولید مصنوعی آن نیز یک فرایند بسیار پیچیده است. نیمه‌رسانای غیرذاتی با آلاییدن نیمه‌رسانای چهار ظرفیتی با یک عنصر سه یا پنج ظرفیتی پدید می‌آید. نیمه‌رساناهای غیرذاتی خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:
۱. نوع p یا positive یا گیرنده الکترون آزاد (پذیرنده) که در آن تعداد حفره‌ها بیش‌تر است.
۲. نوع n یا negative یا دارنده الکترون آزاد (دهنده) که در آن تعداد الکترون‌ها بیش‌تر است.
از عناصر نیمه‌رسانا می‌توان به سیلیسیوم و ژرمانیوم که بخش مهمی از الکترونیک را شامل می‌شوند اشاره کرد. سیلیسیوم در حالت عادی نیمه‌رسانا است و در جدول تناوبی مندلیف در گروه ۴ اصلی و زیر عنصر کربن قرار دارد و دارای ۴ ظرفیت است. حال اگر یکی از عناصر گروه مجاور که همان گروه‌های ۳ و ۵ هستند را به آن اضافه کنیم باعث می‌شود که سیلیسیوم قابلیت رسانایی پیدا کند. به عنوان مثال اگر آلومینیوم به آن اضافه کنیم چون آلومینیوم از گروه ۳ جدول تناوبی است، ماده‌ی به‌دست آمده یک نیمه‌رسانای نوع p می‌شود و اگر عنصری مانند آرسنیک را به آن اضافه کنیم ، آنگاه ماده‌ی به‌دست آمده نیمه‌رسانای نوع n می‌شود. ژرمانیوم هم همانند سیلیسیوم نوع خود را تغییر می‌دهد اما تفاوت‌هایی هم دارد و این تفاوت این‌گونه است که اگر ۰.۰۰۱% آرسنیک به ژرمانیوم اضافه کنیم رسانش آن ۱۰ هزار برابر می‌شود.
رسانایی در مواد نیمه‌رسانا
مواد نیمه‌رسانا در حالت عادی رسانایی اندکی دارند زیرا برای برقراری جریان الکتریکی، الکترون‌های آزاد لازم است. چون در حالت عادی نوار رسانش نیمهرساناها پر است و از ورود الکترون‌های آزاد جلوگیری می‌کند. با روش‌های مختلفی می‌توان رسانایی این مواد را افزایش داد که به نیمه‌رساناهای نوع p و n می‌انجامد. این روش‌ها عبارت‌اند از :
· آلایش
· اثرمیدانی (دروازه سازی)
ویژگی‌های برخی نیمهرساناها
ساطع کردن نور
در بعضی نیمهرساناها، الکترون‌های برانگیخته برای برگشتن به حالت عادی به جای تولید حرارت از خود نور ساطع می‌کنند. این نمونه در ساخت ال ای دی و کوانتوم دات استفاده می‌گردد.
رسانش گرمایی بالا
از نیمه‌رسانای بارسانش گرمایی بالا می‌توان برای کارهایی که نیاز به دفع گرمایی بالایی دارند استفاده شود.
مبدل انرژی گرمایی
مواد نیمه‌رسانا ضریب توان ترموالکتریک بالایی دارند و برای استفاده در مولدهای ترموالکتریک بسیار مفید هستند.
حال که با مواد نیمه‌رسانا آشنا شدیم می‌توانیم به تعریف دیود بپردازیم.
دیود چیست؟
دیود قطعه ای یک‌سوساز در الکترونیک است که از پیوند نیمه‌رساناهای نوع n و p به‌وجود آمده‌است. یه بیان دیگر دیودها جریان الکتریکی را تنها در یک جهت عبور می‌دهند. در واقع می‌توان به دیود همانند یک خیابان یک‌طرفه نگاه کرد که ماشین ها فقط حق عبور از یک طرف را دارند. این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوب به جریان ثابت مورد استفاده قرار می‌گیرد. در روزهای اولیه ساخت این قطعه، به آن (دریچه) نیز می‌گفتند. دیودها دارای دو پایه هستند، به پایه‌ای که به نیمه‌رسانای نوع n وصل‌شده کاتد و به پایه‌ای که به نیمه‌رسانای نوع p وصل‌شده آند می‌گویند. به لحاظ الکتریکی در صورتی دیود فعال خواهد شد که با برقرارکردن ولتاژ در جهت درست (آند به مثبت و کاتد به منفی که به آن بایاس‌مستقیم هم می‌گویند) آماده‌ی کار شود.
ولتاژ آستانه چیست؟
مقدار ولتاژی که باعث می‌شود دیود شروع به انتقال جریان الکتریکی کند ولتاژ آستانه ( threshold voltage ) می‌گویند که چیزی حدود ۰.۶ یا ۰.۷ برای دیودهای سیلیکونی و حدود ۰.۲ یا ۰.۳ برای دیودهای ژرمانیوم است. اگر ولتاژ معکوسی به دیود اعمال کنیم (کاتد را به مثبت و آند را به منفی وصل کنیم که به آن بایاس‌معکوس می‌گویند) جریانی از آن عبور نخواهد کرد مگر جریان بسیار کمی که به آن جریان نشتی می‌گویند که در حدود چند میکروآمپر است. این مقدار در مدارهای‌الکترونیکی مقداری قابل چشم‌پوشی است. هر چقدر که جنس بلور در دیود به لحاظ ساختار منظم‌تر باشد دیود مرغوب‌تر و جريان نشتي آن كمتر خواهد بود.
ولتاژ شکست چیست؟
در جریان معکوس و در ولتاژهای بالا، تحت عنوان ولتاژ شکست، دیود همانند یک رسانا عمل کرده و جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهد. در لحظه‌ی شکست، جریان به سرعت و در جهت معکوس افزایش می‌یابد. در ولتاژ شکست ديود خواهد سوخت و بلور آن ذوب خواهد شد.
چند ديود مهم
ديود زنر
ديودهايی كه در باياس معكوس و ناحيه‌ی شكست معكوس استفاده می‌شوند ديود زنر ناميده می‌شوند. ولتاژ شكست اين ديودها را ولتاژ زنر(Vz ) می‌نامند. ولتاژ شكست ديودهای زنر به ميزان چگالی ناخالصی بستگی دارد. به نحوی كه با افزايش چگالی ناخالصی ولتاژ شكست ديود كاهش پيدا می‌كند. چون ديود زنر بايد به صورت معكوس باياس شود كاتد آن به قطب مثبت باطری و آند آن به قطب منفی باطری يا منبع وصل خواهد شد. در اين صورت جهت جريان از كاتد به آند خواهد بود. ديود زنر برای تثبيت ولتاژ در تثبيت كننده‌های ولتاژ كاربرد دارد.
ديود خازنی
نام ديود خازنی یا واراکتور (varactor) از ترکیب حروف (variablr capacitor) که به معنی خازن متغیر است گرفته شده است. این نوع دیود فقط در جهت معکوس( بایاس معکوس) عمل می‌کند. دیود خازنی اسم‌های مختلفی دارد از جمله: دیود واریکاپ، دیودتنظیم، دیود راکتانس متغیر و ... دیودهای خازنی معمولا در مدارات فرکانس رادیویی استفاده می‌شوند تا به وسیله آن‌ها ظرفیت خازنی متغیر کنترل شده با ولتاژ به وجود بیاید.
دیود نورافشان
دیودهای نورافشان(led) معمولا از بلور نیمه رسانا گالیم-آرسناید ساخته شده‌اند. در بایاس مستقیم به‌دلیل ترکیب الکترون‌ها و حفره‌ها نور تولید می‌شود. در بلورهای سیلیکون یا ژرمانیوم در بایاس مستقیم به جای نور، گرما تولید می‌شود. با افزایش جریان تولید فوتون‌های نوری بیش‌تر می‌شوند و نور بیش‌تری تولید خواهدشد. امروزه دیودهای نورافشان در رنگ‌های مختلف ساخته شده‌اند. از جمله موردهای مهم استفاده از دیودهای نورافشان امواج فروسرخ و مخابرات نوری است. امروزه دیودهای نورافشان در رنگ‌های مختلف ساخته شده‌اند. از جمله موردهای مهم استفاده از دیودهای نورافشان امواج فروسرخ و مخابرات نوری است.
