二极体的电阻特性

矽晶體▲圖2-1矽原子結構4個價電子在最外層軌道原子核（質子與中子）+14▲圖2-2矽原子的晶體結構矽晶體的共價鍵結構共用價電子▲圖2-3矽晶體的共價鍵結構(a)矽原子間共用價電子(b)共價鍵示意圖矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽能隙能隙愈大表示需要愈大的能量，才能使價電子移動至傳導帶，所以能隙較小的物質較容易導電。(a)絕緣體(b)半導體(c)導體電子電洞對當價電子獲得足夠能量脫離共價鍵而形成自由電子時，同時也會產生一個電洞，稱為電子電洞對。▲圖2-4矽晶體結構的電子電洞對的產生▲圖2-5電子電洞對的能量示意圖復合產生電子-電洞對能量熱能自由電子傳導帶價電帶電洞能隙（矽晶體約為1.1eV）矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽矽電子流在本質半導體上外加一電壓，則位於傳導帶的自由電子將受到正電壓吸引而往正極移動，並在半導體的內部形成電子流來傳導。▲圖2-6自由電子的傳導電子流自由電子受到正電壓吸引而往正極移動電洞流電洞本身並非實體的東西，實際上不會移動，但其鄰近的價電子會受外加電壓的影響來填補此處空缺，看起來就好像電洞往價電子移動的反方向移動。▲圖2-7電洞的傳導電洞流電洞向左移價電子向右移矽矽矽自由電子電洞N型半導體在本質半導體中加入五價元素的雜質，如磷（P）、砷（As）、銻（Sb）等元素，這樣的外質半導體稱為N型半導體。N型半導體的電流傳導主要來自電子的移動，而電洞流的影響很微小。▲圖2-8N型半導體自由電子+4+5+4+4+4P型半導體在本質半導體中加入三價元素的雜質，如硼（B）、鋁（Al）、鎵（Ga）、銦（In）等元素，這樣的外質半導體稱為P型半導體。P型半導體的電流傳導主要是來自電洞流，而電子流的影響很微小。▲圖2-9P型半導體電洞+4+3+4+4+4PN接面在本質半導體的一側加入施體雜質，另一側加入受體雜質，這個半導體就有一側為N型，另一側為P型，且在N型與P型之間形成PN接面。自由電子（少數載子）受體離子施體離子電洞（少數載子）P型空乏區N型自由電子（多數載子）正離子接面負離子電洞（多數載子）(a)PN接面未加偏壓的PN接面當擴散達到平衡狀態時，PN接面附近的離子層中，便不再有電子與電洞擴散進入復合，這個區域稱為空乏區。空乏區會產生一個電位差，以阻止多數載子進入，這個電位差稱為障壁電位。▲圖2-10未加偏壓的PN接面(b)電子擴散通過PN接面(c)電子擴散後的PN接面P型N型P型N型電子與電洞復合形成離子層並阻止多數載子持續擴散順向偏壓的PN接面正極接於P型側，負極接於N型側，如此會中和空乏區內的正負電荷，空乏區的寬度會縮小，此時障壁電位也會降低。▲圖2-11加順向偏壓的PN接面電洞移向空乏區電洞流IFP型N型空乏區（縮小）電子與電洞復合自由電子移向空乏區逆向偏壓的PN接面正極接於N型側，負極接於P型側，結果造成空乏區的寬度擴大，P型區與N型區的多數載子無法穿越空乏區，因此沒有電流產生。(a)無多數載子流電洞遠離空乏區P型N型空乏區（擴大）自由電子遠離空乏區逆向飽和電流少數載子受到逆向偏壓作用，接面會產生小量的電流，稱為逆向飽和電流。▲圖2-12外加逆向偏壓的PN接面(b)有少量少數載子流逆向飽和電流IS自由電子（少數載子）P型N型空乏區電洞（少數載子）二極體的V-I特性二極體的電流：▲圖2-15二極體的V-I特性曲線二極體的順向特性順向特性：當電壓超越障壁電位後，只要再增加一點點電壓，便會有大量的電流產生，我們稱這個開始產生大量電流的電壓值為膝點電壓（VK）。▲圖2-17二極體的順向特性曲線二極體的逆向特性逆向特性：當負電壓持續增加到某一數值時，逆向電流會突然急速增加，我們稱此時的二極體正處於崩潰狀態，而該逆向電壓值稱為崩潰電壓（VBR）或稽納電壓（VZ）。▲圖2-17二極體的逆向特性曲線二極體的溫度特性逆向飽和電流與溫度的關係：障壁電位與溫度的關係：▲圖2-18二極體的V-I特性

曲線與溫度的關係二極體的電阻特性-1分佈電阻（）：▲圖2-20靜態電阻圖示靜態電阻（）：▲圖2-19分佈電阻圖示二極體的電阻特性-2動態電阻：▲圖2-21動態電阻的圖示二極體的電容特性過渡電容（）：擴散電容（）：▲圖2-22二極體的電容效應(a)等效電路(b)電容-電壓特性曲線理想二極體模型在順向偏壓時，可如短路般達到零電阻的狀態（順向導通），而在逆向偏壓時，又可以像開路般有無窮大的電阻（逆向截止）。(a)特性曲線(b)有少量少數載子流▲圖2-23理想二極體的特性曲線與等效電路簡化二極體模型只考慮障壁電位的等效電路：(b)等效電路(a)特性曲線▲圖2-24二極體第二近似的特性曲 線與等效電路考慮障壁電位與順向電阻的等效電路：(a)特性曲線(b)等效電路▲圖2-25二極體第三近似的特性曲 線與等效電路一般二極體的功用-1整流：▲圖2-26整流作用整流電路利用二極體具有順向導通、逆向截止的特性，使得電路只能作單向的導通，因此可以將交流電源轉成單一方向的直流電源。截波：▲圖2-27截波作用一般二極體的功用-2截波電路可以將輸入的信號截掉某一部分，使得輸出信號低於或高於某一信號電壓。一般二極體的功用-3箝位：▲圖2-28箝位作用箝位電路可以將一個直流準位加在交流信號上，使得交流信號在這個準位上變化。特殊二極體的功用稽納二極體通常應用在電源穩壓電路上。▲圖2-29稽納二極體的符號變容二極體通常應用在調諧電路上，如電視或收音機的調諧器。▲圖2-35變容二極體的符號發光二極體通常應用在數字顯示器、指示燈或電路的光源等方面。▲圖2-30發光二極體的符號透納二極體通常應用於高頻交換電路、振盪電路與微波電路等。▲圖2-36透納二極體的符號LED發光原理與特性(b)

構造(a)

外觀發光P型N型通電後電子與電洞復產生光輻射▲圖2-31發光二極體的外觀、構造與發光原理▲圖2-32發光二極體的特性曲線LED的切入電壓約為1.7~3.3V（視材料而定），而逆向崩潰電壓則大約為5~6V。(c)

發光原理發光二極體所使用材料與發光顏色的比較▲圖2-33各種發光二極體所使用材料與發光顏色的比較稽納二極體逆向特性一旦稽納二極體到達崩潰電壓後，逆向電壓急遽增大，此時稽納二極體兩端的電壓幾乎維持在這個電壓不變，這使得稽納二極體能夠成為穩壓的電子元件。▲