2-2 P-N 接面二極體
2-2.1 P-N 接面無外加偏壓時的特性
二極體在無外加電壓的情況下，原本電中性的 P 型與 N 型半導 體在 P-N 接面處形成具有障壁電壓（ barrier potential ）的 空乏區（ depletion region ），如圖 2-8 所示。空乏區形成 的詳細過程如圖 2-10 說明。
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1 粒子的擴散與漂移
在半導體內，粒子的移動主要有兩種驅動力，一種是粒子有從高濃 度區流向低濃度區的擴散（ diffusion ）趨勢。帶電粒子因濃度 差異（濃度梯度）而擴散位移，所造成的電流為擴散電流，如圖
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數載子所產生，所以又稱為多數載子流（ majority carrier current ）。如圖 2-10(c) 所示，在 P-N 接面附近因 P 型的多數載子─電洞 與 N 型的多數載子─電子相互擴散而復合（ recombination ）
。
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從圖 2-10(d) 中可明顯看出，在 P-N 接面兩側因電子與電洞的相 互擴散復合，形成一個離子區。此時 P 型側的三價原子因獲得電 子而帶負電荷成為負離子（受體）； N 型側的五價原子則因失去 電子而帶正電荷成為正離子（施體），這正負電荷組成的區域稱為 空間電荷區（ space charge region ），且在這區域內因缺乏 載子存在，故又稱為空乏區（ depletion region ）。
如圖 2-10(e) 所示，在空乏區內形成一由 N 型側正電荷指向 P 型側負電荷的電場，此電場方向所產生的作用力與多數載子擴散方 向相反，因此電場成為多數載子繼續擴散的阻力。越多載子擴散越 過 P-N 接面，建立的電場越強，後續擴散就越困難，最後多數載 子的擴散趨勢與電場的斥力達到平衡。
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空乏區兩側的正負電荷形成一電場，並造成電位差，稱為內建電壓
（ built-in voltage, Vbi ）。內建電位差會阻止空乏區外多 數載子的繼續擴散越過，因此又稱為障壁電壓（ barrier
potential ）或位障電壓。在室溫 25°C 時，矽二極體的障壁電 壓約為 0.7V ，鍺二極體的障壁電壓約為 0.3V 。
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2-2.2 P-N 接面加偏壓時的特性
偏壓（ biasing ）是利用外加直流電壓來設定電子元件的工作條 件。 P-N 接面有順向偏壓及逆向偏壓兩種偏壓方式，配合特性曲線
，如圖 2-13 所示，分區說明如下。
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（ avalanche breakdown ）。
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2-2.4 特性曲線的電阻特性
加一直流電壓於二極體電路中，所獲得的二極體工作電壓及工作電 流，可在二極體特性曲線上，產生一相對應的靜態工作點 Q (VD , ID) （ quiescent operating point ）。不同於線性元件─電 阻，其特性曲線的斜率及電阻值固定。而二極體特性曲線的非線性
，使得在不同位置的工作點具有不同的切線斜率及電阻值。以下介 紹三種電阻，作為往後章節非線性元件建立區域等效線性模型的基 礎。
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1 直流靜態電阻
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2 交流或動態電阻
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3 順向導通電阻（或稱平均交流電阻）
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綜合交流分析（例題 2-6 ）與直流分析（例題 2-8 ）的結果，可 獲得二極體電路的總響應，如圖 2-21 所示。