上小节介绍了二极管的伏安特性，肖克利方程是二极管最基本的理论特性。除此之外，二极管还有一些其他的非理想特性，我们在设计电路的时候，也必须要考虑到这些非理想特性的影响，否则很可能会出现意想不到的问题。本小节介绍几个二极管比较重要的非理想特性。

　　上小节分析过，当二极管反偏时，反偏电流很快就会饱和，然后会维持在一个比较稳定的值\small I_S（反向饱和电流），反偏电流不随反偏电压的增大而增大。但反偏电压值也不能太大，当反偏电压过大时，会引起二极管的反向击穿（reverse breakdown）。有2种机制会引起反向击穿，分别是雪崩击穿（avalanche breakdown）和齐纳击穿（Zener breakdown）。

　　先讲雪崩击穿。前面在讲反偏的时候讲过，少数载流子在经过耗尽区时，会被内建电场加速一下。当反偏电压越大时，内建电场的势垒电压也越大，给少子的加速也越大，当少子的动能足够大时，它会撞击破坏其他原子的共价键，进而撞击出一个新的“自由电子-空穴”对。这个新的“自由电子-空穴”对，同样会被内建电场加速，再去撞击其他的共价键，最后引起雪崩效应，导致反向电流急剧增大，这个就是雪崩击穿。生产商通过调节掺杂浓度的方式来控制雪崩电压值，雪崩击穿电压通常大于6V，常用二极管的雪崩击穿电压一般在几十伏到几百伏不等。

　　短时间的雪崩击穿并不一定会损坏二极管，但是由于反向电流的急剧增大，会在二极管上消耗大量功率并产生大量热量，因此如果反偏电压不马上撤掉的话，很快就会引起二极管的烧毁。所以我们在设计电路的时候，必须要验证计算一下每个二极管的反偏电压，保证其不超过额定反偏值。

　　另一种击穿机制是齐纳击穿。当二极管是重掺杂时，耗尽区会变得非常窄，此时耗尽区内的电场强度非常大。当二极管反偏时，反偏电场叠加在原来的耗尽区电场上，当电场达到约\small \rm 300 \,kV/cm时，这个电场强度足以破坏原子的结合力，将价电子从价带轨道中拉出，从而强行电离出“自由电子-空穴”对。这些新出现的载流子同样会使得反偏电流迅速增大，这个就是齐纳击穿。由于齐纳（Zener）是最早对二极管的反向击穿现象作研究的人，因此这种击穿机制以他的名字命名。齐纳击穿也是可恢复的，短暂的齐纳击穿并不一定会损坏二极管，如果反偏电压马上撤掉的话，二极管会恢复正常。但长时间的大反偏电流同样会产生大量热量而使二极管遭到不可逆的损坏。

　　一般齐纳击穿电压值小于4V，并且只有在掺杂浓度很高的半导体中才会出现，所以大多数情况下二极管发生的击穿都是雪崩击穿。对于普通二极管，其数据规格书上一般不对这两种击穿电压作区分，统一称为峰值反向电压，简称PIV（peak inverse voltage），也有的厂商把它简写为PRV（peak reverse voltage），或BV（breakdown voltage），在一些教材上也把它写成\small V_{BV}，都是一个意思。

　　当击穿电压小于4V时，只发生齐纳击穿；当击穿电压大于6V时，只发生雪崩击穿。当击穿电压介于两者之间时，两种击穿效应都存在。

　　另外有一种特殊的二极管可以长时间工作在反向击穿状态而不会损坏，称为齐纳二极管（Zener diode）或雪崩二极管（avalanche diode），也叫稳压二极管（voltage regulation diode）。齐纳二极管是在电子电路中比较常用的一种元器件，通常用于提供简单的参考电压值或保护线路不被意外的高电压击坏，这个后面我们会单独用一小节讲述。

　　表面漏电流（surface leakage current）是由表面湿度和晶体边缘部分的结构的缺陷造成的。湿度比较好理解，如果半导体表面的空气湿度较高，这些边缘的含湿空气就有微弱的导电能力。下面解释由晶体结构缺陷造成的表面漏电流，晶体的边缘部分如下图所示：

　　在边缘部分的硅原子，它们的价带轨道中只有6个电子，还有2个电子没有填满，等于是有2个空穴。不管是p区还是n区的表面，都存在着这种结构缺陷型空穴，这些表面连成一片的空穴也有微弱的导电能力。湿空气和表面空穴这两条导电通路都可以抽象看成是一个阻值很大的电阻，因此表面漏电流随反偏电压的增大而线性增大。

　　正偏时由于正偏电流相较于表面漏电流较大，可以不考虑表面漏电流的影响，但是反偏时由就要考虑了。此时二极管的总反偏电流其实由两个部分相加而组成，一个是上小节介绍的pn结内部的漂移电流，还有一个就是表面漏电流。在常温下，漂移电流占主导地位，表面漏电流一般也可以忽略。但如果在低温环境下，漂移电流会很小，这时表面漏电流就会占反偏电流的主导地位了，此时总反偏电流会随反偏电压的增大而增大。

　　温度对半导体的影响是很大的，所有模拟电路的设计都要考虑温度条件对电路的影响。其实不只是模拟电路，只要是与实际工程相关的（哪怕是机械设计、建筑设计等），都要考虑温度问题。

　　温度对半导体pn结（二极管）的影响体现在以下三个方面，下面我们分别论述：

　　温度升高会导致二极管的正向导通电压降低。温度上升对耗尽区会产生2个影响：一个是由于分子热运动的加剧，原来耗尽区两边的离子中的一些电子会挣脱束缚，这使得耗尽区两边的离子电荷减少，而使得内建电场的势垒电压减小。再一个就是由于温度升高使得所有载流子的平均运动速度加快，然后外加的正偏电压只需要较少的推力就可以使原来不能越过耗尽区的载流子越过耗尽区。这两方面的因素加起来对外表现出来就是正偏导通电压降度。

　　对于硅二极管，正偏导通电压随温度升高而降低的数量级大约在：\small \rm -2mV/ \,^{\circ}\mathrm{C}，也就是说温度每升高1℃会使正偏导通电压下降\small \rm 2\,mV。举例来说，如果某硅二极管在25℃时的正偏导通电压为0.7V，那么当温度上升到75℃时，这个正偏导通电压（threshold voltage）为：

　　温度升高会使二极管的反偏饱和电流\small I_S增大。上一小节说过，反偏饱和电流实际就等于pn结内部的少子漂移电流大小。温度升高会使半导体产生更多的电子-空穴对，使得p区和n区的少子增加，结果就会使得漂移电流增大。

　　对于硅二极管，反偏饱和电流随温度每升高10℃而翻倍；如果温度变化小于10℃，那么反偏饱和电流随温度每升高1℃而增加大约7%左右。但对于锗二极管，反偏饱和电流受温度的影响要大得多，因此锗二极管一般只能用于75℃以下。举例来说，如果某硅二极管在25℃时的反偏饱和电流为10nA，那么当温度上升到75℃时，反偏饱和电流为：

　　硅二极管的反偏饱和电流虽然和原来相比增大了32倍，但结果仍为uA级，这个性能还是可以接受的。

　　温度对击穿电压的影响按击穿机制的不同分为两种情况。对于齐纳击穿来讲，击穿温度系数为负，即击穿电压随温度升高而减小。对于雪崩击穿来讲，击穿温度系数为正，即：击穿电压随温度的升高而增大。只有固态半导体的专门书籍上才会解释温度对这两种击穿电压的影响机理，一般我们只要记住温度对这两种击穿电压的影响的结论就可以了。

　　由于大多数的击穿都是雪崩击穿，因此笼统而论的话，我们可以近似认为击穿电压随温度的升高而增大。

　　当二级管处于正偏且导通状态时，如果外加电压突然切换到反偏状态，此时电流不会立刻截止，而是会突然反转，并且持续反向导通一段时间，然后才截止，这个时间称为反向恢复时间（reverse recovery time），记作\small t_{rr}。其产生的原因如下：

　　当二极管处于正偏导通状态时，n区的自由电子到达p区后，会与p区的空穴复合，然后在价带中一路运动到电源正极。但是这个复合是有个梯度的，速度慢的自由电子刚过耗尽区就会被捕获而复合，而速度快的电子冲过耗尽区后会再运动一段距离才掉入价带而复合。这些在p区临时存在还没来得及复合的自由电子处于一种比较特殊的地位：一方面，它们在p区属于少子；但另一方面，它们的数量又很多，远超正常的p区的少子数量。相对应的，n区的情况也类似，存在着大量的由对面过来的临时空穴（视为可运动正电荷）。为后面描述方便，我们将这些在p区和n区各自多出来的且临时存在的自由电子和空穴称为过剩载流子（excess carrier）。

　　当外加电压突然反偏后，这些数量众多的过剩载流子临时受外电源电场力的驱使，也会突然向反方向运动。因为它们的身份是少子，在反偏电压驱动下可以轻易穿过耗尽区，从而形成一个较大的反向电流。这个反向电流会持续一段时间，直到p区和n区的过剩载流子全都流完为止。此时，反偏情况恢复正常，p区和n区仅靠一些自发产生的少子维持一个微弱的反偏饱和电流。反向电流的幅值和持续时间见下图所示：

　　在 t=0 时刻，外加电压由正偏转为反偏，此时二极管电流也立刻反转，并且会持续一个时间\small t_s（存储时间，storage time）。然后电流逐渐变小，这个电流逐渐变小的时间记为\small t_t（过度时间，transition interval），我们定义反向恢复时间\small t_{rr}为这两者之和。高速二极管的反向恢复时间一般为几个纳秒数量级，普通低速二极管不标反向恢复时间。反向电流的大小\small I_反与刚才正偏时的电流\small I_正大体在同一个数量级。如果电路频率低于10MHz时，通常不怎么需要考虑反向恢复时间的问题。

　　在二极管pn结的耗尽区，一边是正电荷，一边是负电荷，而耗尽区内没有载流子，可视为一种绝缘体，如此就构成了一个基本的电容结构，这个电容就称为势垒电容\small C_T。这个电容的值不是很大，一般为几个皮法级。当反偏电压增大时，耗尽区两部的电荷会各自由于电源极性的吸引而向二极管的两端分散，这相当于电容的极板间距增大。因此势垒电容会随着反偏电压的增大略微减小。

　　当二极管正偏电压较小时，耗尽区两边的载流子会由于电源的压迫而注入耗尽区。在二级管还没导通时，从外部看上去就像是pn结的两边被注入了载流子，但却没有实际电荷通过耗尽区，这个过程就好像是给一个虚拟的电容充电一样，这个等效电容就称为扩散电容\small C_D。扩散电容只有在正偏时才有，反偏时没有。

　　同前面的反向恢复时间一样，现在我们只要大概了解一下二极管电容就可以了，只有高频时才需要考虑这些电容的影响。其电容随外部偏置电压变化的曲线见下图所示：