bélyegkép|jobbra|200px|Különböző félvezető diódák
A dióda olyan – rendszerint két kivezetéses – elektronikai alkatrész, amelyet többségében egyenirányításra, híradástechnikai célra (például rádióvevő készülékekben demodulálásra), illetve egyszerűbb logikai kapuáramkörökben is alkalmaznak. Nagyáramú, nagyfeszültségű változatai is léteznek.
Kialakítását tekintve lehet elektroncső vagy félvezető eszköz. Az (ideális) dióda az egyik irányban átengedi az áramot, míg a másik irányban nem: a visszacsapószelepVisszacsapószelep például a kutak „lábszelepe” vagy a forróvíztárolók biztonsági szelepe elektronikai megfelelője. A valóságos dióda némileg eltérően működik. Diódákat tartalmaz például a hajszárító, mobiltelefon- vagy számítógéptöltő, rádiókészülék, gépjármű-generátor. Gyakorlati okokból néha több diódát is összeépítenek. A polgári célra szánt diódák napjainkban szinte kizárólag félvezető anyagúak. Egyes speciális diódák nem a fentebb vázolt egyenirányító hatás céljából készülnek: nem egyenirányítási célú dióda például a fényérzékelő fotodióda vagy a világító dióda, a LED (Light Emitting Diode).
Története A vákuumcsöves és szilárdtest (félvezető) diódákat párhuzamosan fejlesztették ki. Frederick Guthrie brit professzor fedezte fel az elektroncsöves dióda működésének alapjait 1873-ban. A kristály-alapú diódát 1874-ben Karl Ferdinand Braun német kutató fedezte fel. Thomas Edison 1880. február 13-án újra felfedezte az elektroncsöves dióda működésének elvét, és bár az ötletet szabadalmaztatta, nem foglalkozott vele tovább. Braun 1899-ben szabadalmaztatta a „kristály-egyenirányító”-t. Nem sokkal később, 1900-ban Greenleaf Whittier Pickard megépítette az első kristálydiódás rádiókészüléket. John Ambrose Fleming (korábban Edisonnak dolgozott) 1904-ben szabadalmaztatta az első elektroncsöves diódát. Ezeket a szerkezeteket „egyenirányító”-nak nevezték akkoriban. William Henry Eccles brit fizikus, 1919-ben alkotta meg a dióda szót. A szó görög eredetű: di-ode, kb. két-út.
Típusai Konstrukció szempontjából az alábbi két fő típust lehet megkülönböztetni: elektroncsöves diódák, és félvezető diódák.
Elektroncsöves diódák Az elektroncsöves (vákuumcső, rádiócső, rádiólámpa) diódák a polgári életben mindinkább visszaszorulóban vannak a magas gyártási költség és a korlátozott élettartamuk miatt. Polgári célokra napjainkban stúdiótechnikai eszközök, gitárerősítők, retro-rádiók, képcsöves televíziók és monitorok, továbbá röntgenberendezések tápegységeiben használatos. Katonai eszközökben továbbra is előszeretettel alkalmazzák, mivel az elektromágneses sugárzással szemben érzéketlenebbek, mint a félvezetők.Atomtámadás esetén a robbanás során kialakuló nagy energiájú elektromágneses sugárzás véglegesen tönkreteszi a félvezetőket. Gyakori, hogy egy közös üvegbura több diódát (vagy a dióda mellett más célra készült eszközt, például triódát, pentódát) is tartalmaz.
Az elektroncsöves (vákuumcsöves) diódák közül a legfontosabbak: híradástechnikai célra készült diódákEABC 80: Duó-dióda-trióda közös tokban.http://www.r-type.org/exhib/aaa0405.htm EABC 80), hálózati egyenirányítók, mint pl. EZ80Kettős dióda az 1950 után gyártott asztali rádiókban.http://www.r-type.org/exhib/aaa0050.htm EZ 80), nagyfeszültségű diódák, mint pl. PY 88,Nagyfeszültségű dióda a képcsöves televíziókbanhttp://www.r-type.org/exhib/aaa0390.htm és egyéb speciális diódák, mint pl. a mikrohullámú diódák (kommunikáció, radartechnológia), higanygőz-egyenirányítók.
Félvezető diódák bélyegkép|jobbra|200px|Kristálydetektor (1919-es illusztráció)
Számos anyag és kristály mutat félvezető tulajdonságokat, így például a galenit, kalkopirit, rézoxidul (kuprox), karborundum (szilícium-karbid), szelén, germánium, szilícium, gallium-arzenid stb. A germánium és a szilícium önmagában nem alkalmas diódának, a megfelelő átmenet létrejöttéhez szabályozott mértékben ötvözni (szennyezni) kell az alapfémet.
A félvezető diódák kialakítása A félvezető diódák különböző céllal és eltérő teljesítménnyel készülnek.
Tűs diódák bélyegkép|jobbra|200px|Tűs dióda (az eszköz felső részén látható a germánium alapú tárcsa, amelyhez aranyozott tű csatlakozik)
A félvezető diódák sok változáson mentek keresztül. Előfutáruknak tekinthetők a különböző ásványokból készített tűs detektorok, amelyeket rádióvétel-technikai célra házilag is el lehetett készíteni. Nagy hátrányuk volt a szálló porra való érzékenység és az, hogy a kristály egy idő után elvesztette érzékenységét, ami miatt időről időre új helyet kellett a tűnek keresni. Az érzékenység elvesztésének fő okai a légköri kisülések (villámlások) és a nagy teljesítményű szikratávírók által a vevőkészülékben keltett túlfeszültség volt. Érzékeny volt továbbá a rugóerő beállítására is. A germániumot felfedezése után félvezető diódákban kezdték el alkalmazni, kiváló elektromos tulajdonságai miatt. A germániumdióda kis nyitóirányú feszültségű (harmada a szilíciumnak), így rendkívül gyenge jelek demodulálására is képes, továbbá akár mikrohullámú frekvenciákon is működik. Hátrányaként kell megemlíteni a germánium alapfém viszonylagos ritkaságát, továbbá a hőre való érzékenységét. Ez utóbbi tulajdonsága lehetetlenné teszi az automatizált, főként felületszerelt technológiákban való alkalmazását, mert az eszköz már beépítéskor tönkremenne a beforrasztásakor kapott hősokktól. A nem megfelelő körülmények között beépített germánium félvezetők között gyakori volt a véletlenszerű meghibásodás. A germánium félvezetők a pillanatnyi elektromos túlterhelésekre is érzékenyek, továbbá az alapanyag is drága. A szilícium nagy tömegben áll rendelkezésre, emellett a hőmérsékleti vagy elektromos túlterhelésre kevésbé érzékeny. A tűs diódák konstrukciójukból adódóan mindössze néhány milliamper áram átvezetésére alkalmasak, záróirányú feszültségük 100-600 V között van.
Rétegdiódák és teljesítménydiódák A tűs diódák átmeneti felülete a konstrukcióból adódóan kicsi, így korlátozott az adott keresztmetszeten átvezetett teljesítmény nagysága is. A rétegdiódákat a nagyobb teljesítményigény hozta életre. A rétegdióda felülete 1–50 mm² között van az alkalmazás céljától függően. A megengedhető áramsűrűség megközelíti a fémekét: 1-2 A/mm². A keletkezett hőt a dióda fémháza adja át a környezetnek. Nagyobb teljesítmények esetén a dióda csavarral rögzíthető a hűtőbordára. A másik elektróda beforrasztott üveg szigetelőn át van kivezetve. A rétegdiódákat számos célra gyártják, mint például hálózati egyenirányítók, kapcsoló- és védő (szabadonfutó) diódák.
Egyenirányító diódák Egyenirányító diódákról akkor beszélnek, ha a teljesítménydióda egyenirányító szerepét külön ki szeretnék hangsúlyozni. Egyenirányítás céljára általában nagyobb teljesítményű rétegdiódát alkalmaznak. Gyakori, hogy a közös hűtőfelület miatt egyes diódákat fordított polaritással tokoznak. A fordított polaritásra a típusjel utolsó tagja után álló R betű (reverse) utal.
Szelén egyenirányítók: a szelén egyenirányítók gyártása során a szelén réteget elgőzölögtetéssel viszik fel a kívánt méretű alumínium lemezre. A szelénrétegre alacsony olvadáspontú ón-kadmium ötvözetű ellenelektróda réteget visznek fel. A záróréteg a szelénréteg és az ellenelektróda határán alakul ki megfelelő villamos formálás után. Végül a cellát megfelelő fedőfestéssel védik a környezeti hatásoktól. A szükséges teljesítményt több cella soros és párhuzamos csatlakoztatásával érik el. A félvezetők szinte teljesen kiszorították. Diódahidak: olyan egyenirányító dióda-kombinációk, amelyeket gyárilag (megbonthatatlanul) közös tokba szereltek a szerelés és huzalozás egyszerűsítése céljából.
Tárcsás diódák A teljesítményelektronikai áramkörökben alkalmazott diódákkal szemben támasztott főbb követelmények: nagy zárófeszültség: 200-6000 V, nagy nyitóirányú áram: 100-1000A, vezető állapotban minél kisebb legyen az ellenállásuk, rövid (át)kapcsolási időkkel rendelkezzenek, a veszteségi hőteljesítmény leadó képességük minél nagyobb legyen.
Fenti követelmények egymásnak ellentmondó módszerekkel valósíthatók meg, ezért a teljesítménydiódák szerkezeti felépítése és beépítése is eltér a kis teljesítményű diódák felépítésétől. A p-réteg és az n-réteg közé egy vékony, szennyezetlen (intrinsic) réteget is beépítenek a tértöltési zóna kitágításához.
Jellemzően tárcsa tokozásúak, a jobb elektromos és termikus érintkezés miatt mindkét kivezetés ezüstözött. A tárcsa átmérője teljesítményfüggő: 40–120 mm közötti méretek a leggyakoribbak.
A nagy zárófeszültség eléréséhez gyengén szennyezett, széles réteg kialakítása szükséges. Ennek az a következménye, hogy nyitóirányú igénybevételkor nagy az ohmos ellenállása, ezért nagy a nyitóirányú feszültségesése (jellemzően 1,5 V körüli), amely megnöveli a veszteségi teljesítményt. A jelentős veszteségi teljesítmény hővé alakul a dióda ohmos ellenállásán, ezért fontos a megfelelő hűtőfelület. Tárcsás kialakítású diódák esetén mind az anód- mind pedig a katódkivezetés hűthető: a tárcsa alakú diódákat kötőcsavarokkal és szigetelőanyagból készült anyákkal a hűtőbordák közé szorítják.
Főbb alkalmazási terület: villamos- és troli felsővezeték energiaellátása, metróvonalak energiaellátása, hegesztőgépek inverterei, szabadonfutó diódák.
Speciális diódák Kuprox dióda A kuprox diódákat a Siemens cég is gyártotta az 1930-as években Sirutor néven. Az átmenet a réz és a rézoxidul között jön létrehttp://oldtimer.ezermester.hu/issue.php?issue=625 Ezermester 1957/2 64. oldal.Elektrotechnika folyóirat, 1933. XII. 261. oldal (Schottky záróréteg elmélete) A kuprox diódát detektoros vevőkben és méréstechnika területén alkalmazzák, mert nagyon kicsi a küszöbfeszültsége, mindössze 0,1-0,15 V. Nyitóirányú árama függ a geometriai méreteitől. Áramterhelhetősége kicsi, max. 50 mA/cm², záróirányú árama függ a rákapcsolt feszültségtől. A maximális záróirányú feszültség 5-10 V.
Félvezető diódák gyártása Az ötvözött rétegdiódákat szilíciumból (ritkábban germániumból) állítják elő, úgy, hogy a megolvasztott - és n-típusúra szennyezett - alapanyagot folyamatos, lassú és egyenletes húzásnak vetik alá. A lassú húzás következtében homogén rácsszerkezetű, úgynevezett egykristály jön létre. Az egykristályt vékony tárcsákra szeletelik, s a tárcsákból a dióda teljesítményének megfelelő méretű (rendszerint néhány négyzetmilliméter felületű) lapkákat állítanak elő. Ezután a p-típusú szennyezőanyagot a lapka felszínére helyezik és a lapkát a reá helyezett adalékanyagAz ipari szóhasználatban szennyezőanyag a neve annak az adalékanyagnak, amelyet szándékosan adagolnak a nagy tisztaságú félvezetőhöz, mintegy „szennyezve” azt. olvadáspontja felé hevítik és pontosan kikísérletezett ideig adott hőmérsékleten tartják. A megolvadt szennyezőanyag belediffundál a lapkába, semlegesítve az n-típusú szennyezést: így létrejön a p-n átmenet. Az n típusú réteg kivezetését fémgőzöléssel és forrasztással, míg a p-réteg (anód) kivezetését pedig az anyag olvadt állapotában rögzítik.
Tűs diódák esetén az átmenet a n-réteg és a felületére támasztott tű között jön létre. Egyes tűs diódák tűit a gyártás során a dióda kivezetéseire adott impulzusokkal a kristály felületére hegesztik, míg más típusoknál a tű rugószerű kiképzése biztosítja a megfelelő kontaktust. Amennyiben a tű nincs hegesztve a kristály felületére, az érintkező felület is lényegesen kisebb. A kisebb érintkező felület hátránya a kisebb terhelhetőség; előnye a kisebb kapacitás, amely lehetővé teszi nagyfrekvenciás alkalmazásukat is.
Kapcsolási idő Egy dióda kapcsolási ideje alatt azt az időt értik, amíg a teljesen lezárt dióda a rákapcsolt feszültség hatására kinyit. Más szavakkal: milyen gyorsan képes követni a feszültség polaritásának megváltozását. A kapcsolási idő két részből tevődik össze: a tértöltési területen a töltéshordozók kiürülésétől és a p-n átmenet, mint kondenzátor feltöltési/kisütési idejétől.