1 第1章: 半導體二極體
原子結構
能量階
二極體 二極體是一種雙端的裝置。 二極體理想的導通電流只有某一方向。 4
摻雜 半導體裝置研發所使用的常用材料有: 矽 (Si) 鍺(Ge) 矽與鍺的電器特性是以加入材料來改進特性，這種過程稱為摻雜。 摻雜的半導體材料有兩種型式: n-型 p-型 n-型材料是使矽(或鍺) 原子較負電性。 p-型材料是使矽(或鍺) 原子較正電性。 5
多數與少數載子 流進二極體中電流的兩種型態: 多數載子 在 n-型材料中的多數載子是電子。 在 p-型材料中的多數載子是電洞。 少數載子 6
p-n 接面 矽或鍺晶體的一端可以摻雜成為 p-型材料而另一端則摻雜成為n-型材料。 這結果就是p-n接面。 7
p-n 接面 在 p-n 接面上, n-型邊的負電性電荷原子是會吸引 p-型邊的正電性原子。 在n-型材料中的電子會移動越過接面到p-型材料中(電子流)。 O或者你可以說在p-型材料中的“電洞”越過接面到n-型材料中(傳統的電流)。 綜合結果就是在接面附近構成了空乏區。 8
二極體操作之情形 二極體有三種操作情形: 無偏壓 順偏壓 逆偏壓 9
二極體操作之情形 無偏壓狀態 無外加的電壓: VD = 0V 無電流流動: ID = 0A 只有適度的空乏層存在 10
二極體操作之情形 逆偏壓狀態 外加的電壓是加在 p-n 接面的 p- 與 n-型材料之相反的極性上。 逆向電壓會產生較寬的空乏層。 11
二極體操作之情形 順偏壓狀態 外加的電壓是加在 p-n接面的p- 與 n-型材料之相同極性上。 順向電壓會產生較窄的空乏層。 12
實際二極體的特性 注意到在無偏壓、逆偏壓與順偏壓的情形。 仔細而注意到每一種情形的比例尺度。 13
曾納區 曾納區就是在二極體的逆偏壓區。 在如此大電壓的逆電壓相同地點下，會使二極體崩潰與逆向電流戲劇性地增加。 This 這種最大的電壓稱為突崩潰電壓。 The 電流則稱為突崩電流。 14
順偏壓電壓 在二極體改變自無偏壓情形而成為順偏壓情形之關鍵處，是發生在施給電子與電洞有足夠能量可越過 p-n 接面。這種能量是來自加在二極體上的外加電壓。 順偏壓電壓要求是: 矽二極體 0.7V 鍺二極體 0.3V 15
溫度效應 只要溫度增加就會使二極體能量增加。 對順偏壓情情況下的順偏壓電壓要求會減少。 在逆偏壓情況下會增加逆向電流量。 會增加最大逆偏壓之突崩電壓。 鍺二極體要比矽二極體有較靈敏的溫度變化。 16
理想與實際二極體的比較
電阻大小 半導體對直流與交流電流有不同地動作狀態。 有三種型式的電阻: • 直流或靜態電阻 • 交流或動態電阻 • 平均交流電阻 18
直流或靜態電阻 在指定的外加直流電壓VD於二極體上會有一特定之電流 ID, 以及特定的電阻 RD。 19
交流或動態電阻 在順偏壓區: 電阻要視二極體上之電流 (ID) 量而定。 二極體的電壓降相當地固定 (26mV for 25C)。 rB 範圍在高功率裝置之典型值自 0.1 到低功率與一般功能二極體 的2， 在某些狀況下的 rB 可以忽略。 在逆偏壓區: 電阻在本質上是無限的，二極體動作像是開路。 20
平均交流電阻 交流電阻可以在一特定電路的特性曲線上選取兩點來計算決定。 21
二極體等效電路 22
二極體特性表 二極體數據資料是代表許多不同二極體的一致性。這使得二極體在取代或設計上的交叉配對更容易些。 VF，在規定的電流與溫度下之順向偏壓。 IF，在規定的溫度下之最大順向電流。 IR，在規定的溫度下之最大逆向電流。 PIV 或 PRV 或 V(BR), 在規定的溫度下之最大逆向電壓。 功率消耗,在規定的溫度下之最大功率消耗。 C,在逆偏壓下的電容大小。 Trr，逆向恢復時間。 溫度,操作與儲存的溫度範圍。 23
二級體符號與包裝 陽極縮寫為 A 陰極縮寫為 K 24
二極體測試 二極體檢測器 歐姆表 曲線循跡器 25
二極體檢測器 許多數位電表有二極體的檢測功能，該二極體必須取出電路來測試。 正常的二極體會顯示其順偏壓電壓: 矽二極體 0.7V 26
歐姆表 歐姆表設置在低歐姆刻度而用來測試二極體，二極體必須取出於電路來測試。 27
曲線循跡器 曲線循跡器是一種特殊方式的測試設備，它顯示在測試電路上的二極體特性曲線，這種曲線可以作為資料表上二極體特性的比較。 28
其它型式的二極體 曾納二極體 發光二極體 二極體陣列 29
曾納二極體 曾納二極體操作在曾納電壓 (VZ)的逆偏壓區。 通常曾納電壓是在 1.8 V 與 200 V之間。 30
發光二極體 (LED) 當LED在順偏壓 時發射光子，這些光子可以是紅外線或是可見光譜。順偏壓的電壓範圍通常是在 2 V 到 3 V。 31
二極體陣列 多個二極體可以在積體電路 (IC)中包裝在一起。 32