第 2 章 二極體 2-1 本質半導體 2-2 P型及N型半導體 2-3 P-N接面二極體 2-4 二極體之特性曲線 2-5 二極體之偏壓 第 2 章　二極體 …………………………………………………………… 2-5 二極體之偏壓 2-4 二極體之特性曲線 2-3 P-N接面二極體 2-2 P型及N型半導體 2-1 本質半導體 2-6 二極體之等效電路模型 2-7 稽納二極體 2-8 發光二極體

2-1 本質半導體 1.原子結構 2.電子軌道的電子排列 每一能層所能容納的最大滿額電子為 ，其中 n 表示該能層的層數。 （原子不帶電 　呈電中性） 原子核（帶正電） 原子核外 質子（帶正電） 中子（不帶電、中性） 電子（帶負電） 繞原子核外之軌道運行 2.電子軌道的電子排列 每一能層所能容納的最大滿額電子為　　，其中 n 表示該能層的層數。 ………………………………………………………………………….… 2-1　本質半導體 節目錄

3. 矽（Si）與鍺（Ge）的原子結構

(3)矽與鍺最外層之電子數目都是4個，為四價元素。 層次 K L M N 矽（14） 2 8 4 鍺（32） 18 半導體 (1)矽與鍺為最主要的半導體材料。 (2)矽的原子序數為14，鍺的原子序數為32。 (3)矽與鍺最外層之電子數目都是4個，為四價元素。

4.電子電洞對

(1)在絕對零度0K時，晶體的作用有如一絕緣 體。 (2)電子由價帶進入傳導帶所需的能量，鍺約 為0.7eV，矽約為1.1eV。

5.電子與電洞之移動 (1)圖中，空圓圈代表一個電洞。 (2)在本質半導體中，電子載子的濃度與電洞載子的濃度相等。

2-2　P型及N型半導體 ………………………………………………………………………….… 1.P型材料 節目錄

(1)摻入雜質（三價元素）：硼（B）、鋁（Al）、 鎵（Ga）、銦（In）等。 (2)受體：雜質原子接受電子而促使電洞的活動。 (3)電性：中性。 (4)多數載子：電洞；少數載子：自由電子。 (5)公式： 自由負電荷濃度　與正電荷濃度　之乘積，在 熱平衡下，與摻入之雜質無關，而為一定值。

2.N型材料

(1)摻入雜質（五價元素）：磷（P）、砷 （As）、銻（Sb）等。 (2)施體：雜質原子含有多餘的自由電子， 意即能夠施予電子。 (3)電性：中性。 (4)多數載子：自由電子；少數載子：電洞。 (5)公式：

3.N型與P型之特性比較

2-3 P-N接面二極體 1.二極體之構造 (1)離子固定於晶體格中，不可移動。 (2)施體離子→釋放出電子→帶正電 ………………………………………………………………………….… 1.二極體之構造 (1)離子固定於晶體格中，不可移動。 (2)施體離子→釋放出電子→帶正電 受體離子→吸收電子→帶負電 節目錄

2.二極體之符號 (1)黑點或黑帶的標記通常指的是陰極。 (2)陽極－較高或正的電位；陰極－較低或負的電位。 (3)體積愈大，愈能承受較大的散逸功率。

3.PN接面工作的情形 (1)未加偏壓的情形

接面兩端的電子與電洞雖互有擴散，但其作用相互抵消，| I |＝0。 空乏區域：沒有自由電子和電洞，有正、負離子。 障壁電壓：P區（負離子）與N區（正離子）所形成之電位，鍺約為0.2~0.3V，矽約為0.6~0.7V。 公式： 空乏區域中，正電荷總量必須等於負電荷總量。

(2)逆向偏壓的情形

逆向偏壓：P接負電壓，N接正電壓。 影響：空乏區寬度變寬，障壁電勢增加。 逆向飽和電流IS：逆向偏壓所存在的電流。

(3)順向偏壓的情形

順向偏壓：P接正電壓，N接負電壓。 影響：空乏區寬度變窄，障壁電勢減少。 順向電流ID：隨順向偏壓的增加而加大。

2-4　二極體之特性曲線 ………………………………………………………………………….… 1.順向偏壓 節目錄

(1)動作原理：  

(3)二極體之V-I特性曲線為一非線性特性。

2.逆向偏壓及崩潰區 (2)若將逆向偏壓增加到某一數值時，電流急速增加，二極體將處於逆向崩潰狀態。 逆向崩潰狀態 累增效應：碰撞引起。 稽納效應：強電場引起。

3.溫度效應

(3)溫度上限 (1)障壁電壓

4.電容效應

(1)PN接合面的空乏區相當於電介質，P型區及N型區相當於兩個電極。 當逆壓愈大時，空乏區寬度d變大，電容量C則 降低，C與外加逆向偏壓成反比。

5.電阻效應 (1)分布電阻 　（外加順壓1V） (2)靜態電阻（或稱直流電阻）： (3)動態電阻（或稱交流電阻）：

6.矽與鍺二極體之特性比較

2-5 二極體之偏壓 1.順向偏壓 (1)直流電壓之正極接於P （陽極）端，負極接於N （陰極）端。 ………………………………………………………………………….… 2-5　二極體之偏壓 (1)直流電壓之正極接於P （陽極）端，負極接於N （陰極）端。 (2)若順向偏壓大於障壁電壓，則有順向電流 （方向由P型到N型）。 節目錄

2. 逆向偏壓 (1)直流電壓之正極接於N 端，負極接於P 端。 (2)有一極小量的電流，稱為逆向飽和電流IS。 (3)二極體所能承受而不致於產生崩潰效應的最大逆向耐壓值，稱為逆向峰值電壓（簡稱PIV）。

1.理想二極體 ………………………………………………………………………….… 2-6　二極體之等效電路模型 節目錄

2.定值電壓模型（含障壁電壓）

(3)定值電壓模型是考慮了障壁電壓，忽略了順向內阻。

3.片斷線性模型（含障壁電壓及順向內阻）

(1)在順向特性曲線上，利用直的線段來近似於二極體的特性曲線。

2-7　稽納二極體 ………………………………………………………………………….… 1. 稽納二極體的符號與等效電路 節目錄

(2)摻雜之濃度增加時，稽納電位將隨之降低。 (3)工作於逆向崩潰區，供穩壓用。

2.稽納二極體特性

(1)特性 順向偏壓：與一般二極體相同。 (3)崩潰方式

3.稽納二極體的應用 (1)負載變動的電壓調整





(2)輸入電壓變動的輸出電壓調整    

2-8　發光二極體 ………………………………………………………………………….… 1.LED之電路符號、偏壓安排及電發光過程 節目錄

(1)在順偏的P-N接合面，在靠近接面處會發生電子與電洞的復合作用，使自由電子所具有的能量轉變成熱能或光子的形式放射出來。 (2)材料：磷砷化鎵（GaAsP）或磷化鎵（GaP）。

2.LED典型的特性曲線（一）

(1)圖(a)中，LED有較大的　電壓（約為1.7~3.3V）。 (2)圖(b)中，LED的相對發光強度與順向電流成正比關係。 (3)圖(c)中，在某一特定頻率下脈波寬度愈寬時，容許的峰值電流愈低。

3.LED典型的特性曲線（二）

(1)圖(d)中，顯示出LED的發光強度在0°（或正前方）時強度最大，在90°（從側面看）時強度最小。 (2)圖(e)中，為一典型紅色LED的光輸出與波長。 (3)圖(f)中，為紅外線的LED輸出，其波長以微毫米（nm）表示。

4.LED七段顯示器

(1)目前所使用的LED有紅光、綠光、黃光、橙色光以及白色光等多種。 (2)使用的材料決定發射光的光譜分布。 (3)LED具有快速的響應時間、低消耗功率、壽命長及耐震等特性。

5. LED的應用 (1)主要當作指示燈及數字顯示器。 (2)廣泛使用在儀器、消費性產品及科學儀器上（諸如廣告看板、交通號誌、車用頭尾燈、手機等）。