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什麼是二極體? 歷史與原理

 

二極體的故事

接下來,我們將針對二極體的簡單歷史及原理等大致地為您介紹二極體的小常識,您只要輕鬆地看過即可。 當然,如果您早已耳熟能詳,亦可直接跳過此章。

1. 在真空管發明以前...

在1884年時,人類首次發現二極真空管具有整流的特性,也就是「愛迪生效應」。但事實上早在8年以前,也就是1876年,人類就發現到硒(Selenium)具有整流作用。如此說來,二極體利用著半導體的特性以產生整流效果的歷史可說是極為長久...。
而且竟比真空管還要來得久遠,這樣的事實令人感到十分意外。

2. 先進入鍺(Germanium)再進入矽的時代

最原始的二極體---硒(Selenium)整流器及礦石檢波器係採用黃鐵礦及方鉛礦等天然的氧化亞銅(多結晶半導體)製造。之後,隨著治煉技術的日益進步,才能穩定製造出像是鍺(Germanium)和矽等靈敏度較佳的材料,並正式宣告進入單結晶半導體時代。但由於鍺(Germanium)較不耐熱,目前幾乎完全被矽所取代。

3. PN接合所造成的整流效果

二極體元件具備了一種稱為「PN接合」的結構。將P形半導體端的端子稱為「陽極」,N形半導體端的端子稱為「陰極」,其中,電流僅能由陽極通過陰極,相反的話便無法通過。此一效果稱為「整流作用」,換句話說,也就是將交流電轉換為直流電的一種作用。

PN接合所造成的整流效果

4. 換句話說,二極體就像是「閥門」

從直覺上來解釋二極體的效果,其實就像是「閥門」、電流的「閥門」般。若將電流比喻為水流,陽極就像是上游,陰極則是下游,水會由上游往下游流動,電流也是如此,當電子由下游往上流流動時,「閥門」會關閉,因此無法通過...,這就是二極體的整流原理。

換句話說,二極體就像是「閥門」

5. 接合結構包含各種類型

目前二極體的接合結構大致上可分為「PN接合」及「蕭特基」等兩種類型。前者為半導體之間互相接合,又可細分為擴散接合型及高台蝕刻(Mesa etch)型。後者則是利用了半導體與金屬之間所產生的效果。通常,我們不會使用「接合」這個名詞來形容二極體,但在這裏為了讓大家更容易了解,因而使用了此一分類。目前能創造出低功率、高速效果的蕭特基接合型產品正受到各界矚目,為因應此潮流,ROHM亦積極地推出蕭特基屏障二極體產品系列。

6. 順向特性與逆向特性

順向特性與逆向特性

二極體具有陽極與陰極兩組端子,陽極以(+)極、陰極以(-)極來表示。電流由陽極流向陰極的特性,就稱為「順向特性」,像是VF、IF。相反地,如果以陽極為(-)極,並對陰極(+)施加電流,則基本上電流不會通過二極體。此一特性稱為「逆向特性」,VR和IR等即屬逆向特性。

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