二極體

二極體

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圖中顯示的為方形半導體晶體的近拍照片

二極體（英語：Diode），電子元件當中，一種具有兩個電極的裝置

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大部分二極體所具備的電流方向性我們通常稱之為「整流（Rectifying）」功能。二極體 最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過（稱為順向偏壓），反向時阻斷 （稱為 逆向偏壓）。因此，二極體可以想成電子版的逆止閥。然而實際上二極體並不會表現出 如此完美的開與關的方向性，而是較為複雜的非線性電子特徵——這是由特定類型的二 極體技術決定的。二極體使用上除了用做開關的方式之外還有很多其他的功能。

早期的二極體包含「貓鬚晶體（"Cat's Whisker" Crystals）」以及真空管(英國稱為「熱游 離閥（Thermionic Valves）」)。現今最普遍的二極體大多是使用半導體材料如矽或鍺。

目錄

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1 二極體的整流作用

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2 二極體的基本運作

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2.1 基本構造和熱平衡狀態

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2.2 整流動作

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2.2.1 正向偏壓（Forward Bias）

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2.2.2 反向偏壓（Reverse Bias）

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2.2.3 接面電壓

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3 二極體的種類

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4 依材料分類（年代順序）

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5 相關條目

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6 註解

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7 外部連結

[編輯] 二極體的整流作用

參見：PN結

各種二極體，下方為橋式整流器

半導體二極體的電流－電壓特性曲線。電壓在正的區域稱為順向偏壓。

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 (單向性)。這種特性就被稱之為整流作用。在真空管內，藉由電極之間加上的電壓能夠 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結效應，也有利用金屬與半 導體接合產生的肖特基效應達到整流作用的類型。若是PN結型的二極體，在P型側就是 陽極，N型側則是陰極。

[編輯] 二極體的基本運作

這裡針對半導體二極體的運作原理，選擇基本的PN結（PN接面）型二極體作為例子，

簡單地說明其特性。讀者若是想了解真空管二極體的運作原理，請參閱真空管的條目。

[編輯] 基本構造和熱平衡狀態

半導體的pn接合面和能階結構的示意圖

PN結（PN接面）二極體是N型半導體和P型半導體互相結合所構成。PN結(PN接面)區彼 此的電子和電洞或者空穴相互抵銷，造成主要載流子不足，形成空乏層。在空乏層內N 型側帶正電，P型側帶負電，因此內部產生一個靜電場，空乏層的兩端存在電位差。但 是如果讓兩端的載流子再結合的話，兩端的電壓差則會變成零。

[編輯] 整流動作

[編輯] 正向偏壓（Forward Bias）

正向偏壓時的PN結二極體

二極體的陽極側施加正電壓，陰極側施加負電壓，這樣就稱為正向偏置，所加電壓為順 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，讓多數載流子 過剩，空乏層縮小、消滅，正負載流子在PN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）。在這個區域，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。能讓正向電流通過的必要電壓被稱為開啟電壓，特定正向電流下二極體兩端的電壓 稱為正向壓降。

[編輯] 反向偏壓（Reverse Bias）

反向偏壓時的PN結二極體

在陽極側施加相對陰極負的電壓，就是反向偏置，所加電壓為逆向偏壓。這種情況下，

因為N型區域被注入電洞，P型區域被注入電子，兩個區域內的主要載流子都變為不足，

因此結合部位的空乏層變得更寬，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，讓反向的電流更難以通過。更多的細節請參閱「PN 接面」條目。

實際的元件雖然處於反向偏壓狀態，也會有微小的反向電流（漏電流、漂移電流）通過。

當反向偏壓持續增加時，還會發生隧道擊穿或雪崩擊穿或崩潰，發生急遽的電流增加。

開始產生這種擊穿現象的（反向）電壓被稱為擊穿電壓或崩潰電壓。超過擊穿電壓以後 反向電流急遽增加的區域被稱為擊穿區（崩潰區）。在擊穿區內，電流在較大的範圍內 變化而二極體反向壓降變化較小。穩壓二極體就利用這個區域的動作特性而製成，可以 作為電壓源使用。

[編輯] 接面電壓

當二極體的 P-N 接面處於正向偏壓時，必須有相當的電壓被用來貫通空乏區，導致形成 一反向的電壓源，此電壓源的電壓值就稱為接面電壓，矽半導體的接面電壓約 0.6V～

0.7V，鍺半導體的約 0.3～0.4V

[編輯] 二極體的種類

 PN 接面二極體（PN Diode）

利用半導體中PN接合的整流性質，是最基本的半導體二極體。細節請參照PN接 面的條目。

 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。由於順向的切入電 壓較低，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。

 穩壓二極體（Reference Diode）（常用稱法：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的反向擊穿電壓隨反向電流變 化很小，具有一定的電壓穩定能力。利用此性質做成的元件被用於電壓基準。

藉由摻雜物的種類、濃度，決定擊穿電壓（破壞電壓）。其正向特性與一般的 二極體相同。

 恆流二極體（或稱定電流二極體，CRD、Current Regulative Diode，Constant Current 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。

 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因電壓不同而變化，產生 靜電容量（接合容量）的變化，可當作由電壓控制的可變電容器使用。沒有機 械零件所以可靠度高，廣泛應用於壓控振盪器（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。

 發光二極體（Light-Emitting Diode，LED）

可以發光的二極體。由發光種類與特性又有紅外線二極體、各種顏色的可見光 二極體、紫外線二極體等。

 雷射二極體（Laser Diode）

當 LED 產生的光是頻寬極窄的同調光（Coherent Light）時，則稱為雷射二極體。

 光電二極體（Photo Diode）

光線射入PN接面，P區電洞、N區電子大量發生，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。

 隧道二極體（Tunnel Diode）、江崎二極體（Esaki Diode）、透納二極體

由日本人江崎玲於奈於 1957 年發明。是利用量子穿隧效應的作用，會出現在一 定偏置範圍內順向電壓增加時流通的電流量反而減少的「負電阻」的現象。這 是最能耐受核輻射的半導體二極體。

 PIN 二極體（P-intrinsic-N Diode）

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，逆回復時間也較 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。

 耿效應二極體（Gunn Diode）

應用於低功率微波振盪器。

 二極真空管

參照真空管。

 氣體放電管整流器

針狀電極和平板電極相向接近尖端放電。若把針狀電極當做負極，比較低的電 壓就會開始放電。利用這樣的性質來做當作整流器。

 點接觸二極體

用鎢之類的金屬針狀電極與N型半導體的表面接觸，此構造的特徵是寄生電容非 常小。採用於鍺質二極體和耿效應二極體。礦石收音機中使用的礦石檢波器也 是一種點接觸二極體。

 交流二極體（DIAC）、突波保護二極體、雙向觸發二極體

當施加超過規定電壓（Break Over電壓，VBO）的電壓會開始導通使得端子之間 的電壓降低的雙方向元件。用於電路的突波保護上。另，雖被稱為二極體，實 際的構造、動作原理都應歸類為閘流管/可控矽整流器(thyristor/SCR)的複雜分類 中。

 非線性電阻器（英文：Varistor，日文：バリスタ）

若超過一定電壓，電阻就會降低。是保護電路受到突波電壓傷害的雙向元件。

通常由二氧化鋅的燒結體顆粒製成，當作非線性電阻使用。雖然一般認為它的 作用應是由內部眾多金屬氧化物顆粒間的蕭特基接面二極體效應而產生，但對 外並不呈現二極體的特性，因此平常並不列在二極體分類之中。

[編輯] 依材料分類（年代順序）

1. 二極真空管 2. 鍺二極體 3. 硒二極體 4. 矽二極體 5. 砷化鎵二極體

[編輯] 相關條目

 半導體

 三極體

 齊納二極體

[編輯] 註解

註解 1：不過真空管二極管（thermionic diode）可能還會多一到兩條加熱用的輔助端子。

[編輯] 外部連結

 二極體的特性與應用

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查

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半導體

分類 P型半導體 · N型半導體 · 無雜質半導體 · 含雜質半導體

種類 窒化物半導體 · 酸化物半導體 · 非晶半導體 · 電界型半導體 · 磁 性半導體

半導體裝置 積體電路（IC） · 微處理器 · 記憶體 · 電晶體-電晶體邏輯電路

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關連 二極體 · 太陽能電池 · 發光二極體（LED）

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