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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
[编辑] 二極體的整流作用
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(单向性)。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肖特基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。
[编辑] 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接合型二極體作為例子，簡單地說明其特性。讀者若是想尋找真空管二極體的運作原理，請參照真空管的條目。
[编辑] 基本構造和熱平衡狀態
PN接合二極體是n型半導体和p型半導体互相結合所構成。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子再結合的話，兩端的電壓差則會變成零。
[编辑] 整流動作
[编辑] 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。
[编辑] 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。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。
[编辑] 二極體的種類
- 利用半導体中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接合的條目。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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，雖被稱為二極體，實際的構造、動作原理都應歸類為三極體(thyristor)的複雜分類中。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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製成，當作非線性電阻使用。
- 参照真空管。
- 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。
- 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Gunn二極體。礦石檢波器也是一種點接觸二極體。
- 應用於低功率微波振盪器。
[编辑] 依材料分類（年代順序）
- 二極真空管
- 锗二極體
- 硒二極體
- 硅二極體
- 砷化鎵二極體
[编辑] 相關條目
[编辑] 外部链接
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