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期日:

2007年4月15日

二極管基本原理 ( DIODE)

二極體是一種具有整流作用的電子元件。二極體容許電流向一特定方向流動，並阻止電流由相反方向流動。

早期的二極體多使用真空管，後期則多使用半導體二極體。 1911年英國的物理學家 William Henry Eccles 結合di='二'和ode

(from odos)='通道'兩個拉丁字根的意思，造出二極體（diode）這個字來。

二極體在電路圖上的代表符號。左方為陽極，右方則為陰極

Switching Diode

Zener Diode

Tunnel Diode

LED

Photo Diode

(圖一)

(圖二)

(圖三)

(圖四)

(圖五)

CRD

Varicap

Schottky Barrier Diode

(圖六)

(圖七)

(圖八)

二極體不同種類特性.

圖一

關關二極體 ( Switching Diode)

是一種開關作用的電子元件。二極體容許電流向一特定方向流動，並阻止電流由相反方向流動。

PN之間一層高電阻的半導體層，使少數載子的積蓄效果增加，逆回覆時間也較長。利用順向偏壓時高頻率訊號較容易通過的

性質，用於天線的頻帶切換以及高頻率開關。

圖二

定電壓二極體 (Reference Diode)（齊納二極體(Zener Diode))

被施加反方向電壓的場合，超過特定電壓時發生Zener降伏，與電流大小無關，得到一定的電壓之性質。利用此性質作成的

元件。被用於作為電壓的基準。藉由添加不純物的種類、濃度，決定降伏電壓（破壞電壓）。另外，順方向的特性與一般的

二極體相同。

圖三

隧效應二極體 (tunnel diode)、江崎二極體(Esaki diode)、透納二極體

是利用量子穿隧效應的作用，會出現順向電壓增加時流通的電流量反而減少的「負電阻」的現象。1957年由日本人江崎玲

於奈發明。藉由調整不純物的濃度、在順向施加與Zener breakdown 電壓相等的偏壓。

圖四

發光二極體 (Light Emitting Diode. LED)

是一種半導體元件。初時多用作為指示燈、顯示板等；隨著白光LED的出現，也被用作照明。它被譽為21世紀的新型光源，

具有效率高，壽命長，不易破損等傳統光源無法與之比較的優點。

加正向電壓時，發光二極體能發出單色、不連續的光，這是電致發光效應的一種。改變所採用的半導體材料的化學組成成分

，可使發光二極體發出在近紫外線、可見光或紅外線的光。

圖五

光電二極體 (photo diode)

光線射入PN接合，P領域的電洞、N領域的電子集合，產生電壓（光電效應）。藉由測量此電壓或電流，可作為光感應器使用。

有PN、PIN、蕭特基、APD等類型。太陽電池也是利用此種效應。

圖六

定電流二極體（CRD, Current Regulative Diode)

被施加順方向電壓的場合，無論電壓多少，可以得到一定的電流的元件。通常的電流容量在1~15mA的範圍。雖然被稱為二

極體，但是構造、動作原理都與接合型電場效應電晶體相似。

圖七

變容二極體（variable capacitance diode、varactor diode）

施加逆向電壓的場合，二極體PN接合的空乏層厚度會變化，利用靜電容量（接合容量）的變化的可變容量蓄電器。沒有機

械零件所以可靠度高，廣泛應用於VCO或可變電壓濾波器，也是電視接收器和行動電話不可缺少的零件。

圖八

蕭特基二極體 (Schottky Barrier Diode)

利用金屬和半導體二者的接合面的'蕭基特效應'的整流作用。由於順向的電壓降較低，導通回復時間也短，

適合用於高頻率的整流。一般而言漏電流較多，突波耐受度較低。也有針對此缺點做改善的品種推出。

二極體特性

二極體具有陽極(anode)和陰極(cathode)兩個端子（這些用語是來自於真空管），電流只能往單一方向流動。也就是說，電流

可以從陽極流向陰極，不能從陰極流向陽極。這種作用就被稱之為整流作用。而在真空管內，藉由電極之間'ja:印加'加上的

電壓讓熱電子從陰極到達陽極，因而有整流的作用。半導體二極體中，有利用P型和N型兩種半導體接合面的PN接合效應，

也有利用金屬與半導體接合產生的蕭基特效應達成整流作用的類型。若是PN接合型的二極體，在P型側就是陽極，N型側則

是陰極。

順向偏壓(bias)

二極體的陽極側施加正電壓，陰極側施加負電壓，這樣就稱為順向偏壓。如此N型半導體被注入電子，P型半導體被注入電洞。

這樣一來，讓主要載子過剩，空乏層縮小、消滅，正負載子在接合部附近結合並消滅。整體來看，電子從陰極流向陽極

（電流則是由陽極流向陰極）。在這個領域，電流隨著偏壓的增加也急遽地增加。伴隨著電子與電洞的再結合，兩者所帶有

的能量轉變為熱（和光）的形式被放出。另，能讓順向電流通過的必要電壓被稱為順向壓降。

逆向偏壓

在陽極側施加負電壓，就是逆向偏壓。這種情況下，因為N型區域被注入電洞，P型領域被注入電子，兩個領域內的主要載子

都變為不足。因此結合部位的空乏層變得更大，內部的靜電場也更強，擴散電位也跟著變大。這個擴散電位與外部施加的

電壓互相抵銷，讓逆向的電流更難以通過。

而實際的元件雖然處於逆向偏壓狀態，也會有微小的逆向電流（漏電流、漂移電流）通過。而且當逆向的偏壓持續增加，也

會發生隧道擊穿或雪崩倍增，發生急遽的電流增加。開始產生這種降伏現象的（逆向）電壓被稱為降伏電壓或崩潰電壓。

超過降伏電壓以後，逆向電流急遽增加的領率，就被稱為降伏區（崩潰區）。在崩潰區內，電壓的變化比電流的小。齊納二

極體就積極地利用這個領域的動作特性，可以作為電壓源使用。

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