二極管簡介

添加時間:2007-06-12

　　二極管具有陽極(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。這種作用就被稱之爲整流作用。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。半導體二極管中，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産生的肖特基效應達成整流作用的類型。若是PN接合型的二極管，在P型側就是陽極，N型側則是陰極。

二極管的基本運作

這裏針對半導體二極管的運作原理，選擇基本的PN接合型二極管作爲例子，簡單地說明其特性。讀者若是想尋找真空管二極管的運作原理，請參照真空管的條目。

PN接合二極管是n型半導體和p型半導體互相結合所構成。PN接合區彼此的電子和電洞相互抵銷，造成主要載子不足，形成空乏層。在空乏層內N型側帶正電，P型側帶負電，因此內部産生一個靜電場，空乏層的兩端存在電位差。但是如果讓兩端的載子再結合的話，兩端的電壓差則會變成零。

整流動作

二極管的陽極側施加正電壓，陰極側施加負電壓，這樣就稱爲順向偏壓。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爲熱（和光）的形式被放出。另，能讓順向電流通過的必要電壓被稱爲順向壓降。

在陽極側施加負電壓，就是逆向偏壓。這種情況下，因爲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爲不足。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。更多的細節請參閱“PN接合”的條目。

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。開始産生這種降伏現象的（逆向）電壓被稱爲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，就被稱爲降伏區（崩潰區）。在崩潰區內，電壓的變化比電流的小。齊納二極管就積極地利用這個領域的動作特性，可以作爲電壓源使用。

二極管的種類

* PN二極管 (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管。細節請參照PN接合的條目。

* 蕭特基二極管 (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，導通回複時間也短，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。

* 定電壓二極管 (Reference Diode)（齊納二極管(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。被用於作爲電壓的基準。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管相同。

* 定電流二極管（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。雖然被稱爲二極管，但是構造、動作原理都與接合型電場效應晶體管相似。

* 隧效應二極管 (tunnel diode)、江崎二極管(Esaki diode)、透納二極管
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。

* 交流二極管（DIAC）、突波保護二極管
如果施加超過規定電壓（brak 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。使用於電路的突波保護上。另，雖被稱爲二極管，實際的構造、動作原理都應歸類爲三極管(thyristor)的複雜分類中。

* 變容二極管（variable capacitance diode、varactor diode）
施加逆向電壓的場合，二極管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，也是電視接收器和移動電話不可缺少的零件。

* PIN二極管(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，逆回複時間也較長。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。

* 雷射二極管 (laser diode)
當LED産生的光是帶寬極窄的同調光（coherent light）時，則稱爲雷射二極管。

* 光電二極管 (photo diode)
光線射入PN接合，P領域的電洞、N領域的電子集合，産生電壓（光電效應）。藉由測量此電壓或電流，可作爲光感應器使用。有PN、PIN、蕭特基、APD等類型。太陽電池也是利用此種效應。

* 非線性電阻器ja: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。由二氧化鉛的燒結體顆粒制成，當作非線性電阻使用。

* 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。

* 點接觸二極管
用鎢之類的金屬針狀電極與N型半導體的表面接觸。此構造的特征是寄生電容非常小。采用於鍺質二極管和Gunn二極管。礦石檢波器也是一種點接觸二極管。

* 發光二極管 (Light Emitting Diode. LED)
* Gunn diode
應用於低功率微波振蕩器。

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