二極體

二極體（英語：diode）閣稱二極管，是一種有毋著稱電導的兩个捀仔（陰陽二極接線端，故名「二極」）的電子元件；這兩極使其原則上干焦允准電流作單方向傳導，伊佇一个方向為低電阻（理想情況下是零）， 高電流，而佇另外一个方向為高電阻。現今，二極（理想情況下是零）用半導材料。

透過二極體的特性，佇咧電力工程定定用一个流器（交流電予直流電）； 佇咧電子工程定定用做檢波器（對調幅波檢回音波）； 佇計算機硬體邏輯設計上捷用作邏輯電路的邏輯。

一八七四年，德國物理學家卡爾 ・ 勞恩佇卡爾斯魯厄理工學院發見著晶體的整流能力。因此一九空六年開發出的第一代二極體——「貓鬚二極體」是由方鉛礦等等的礦物晶體製成的。早期的二極體閣包括真空管，真空管二極體有兩个電極，一个陽極佮一个熱式陰極，藉著電極之間加上的電壓會當予熱電子對陰極到達陽極，因為有整流的作用。

佇半導體性會當發現了後，半導體二極體成做世界上頭一種半導體元件。現此時的二極體大多是使用矽來生產，等等其他半導體材料有時仔嘛會用著。目前上捷看的結構是，一个半導體性能的結晶片通過 PN 相連紲到兩个電尾。

功能

二極體有陽極佮陰極兩个捀，電流干焦會當往單一方向流動。也就是講，電流會使對陽極流對陰極，毋通對陰極來講對陽極。對二極體所具備的這種單向特性的應用，通常講的是「整流」功能，會當交流電轉變做是脈動直流電，比如講：無線電接收器對無線電信號的調制，就是通過整流來完成的。

因為其實向流通顛倒向阻斷的特點，二極體會使想做電子版的逆止活門。毋過實際上，二極體並袂表現出遮爾仔完美的開關性，是呈現出較複雜的非線性電子特徵—— 這是由特定類型的二極體技術決定的。一般來講，干焦佇咧順紲超過障壁電壓的時陣，二極體才會做工課（此狀態予人號做是順向偏壓）。 一个順向偏壓的二極體兩爿的電壓降變化干焦佮電流有淡薄仔關係，並且是溫度的函數。因此這一特性會當用佇溫度感測器抑是參考電壓。

半導體二極體的非線性電流-電壓特性，會當根據選擇無仝款的半導體材料佮濫濫無仝款的雜質對而且形成雜質半導體來改變。特性改變了後的二極體佇使用上除了用做開關的方式以外，猶閣有足濟其他的功能，如：來調電壓（稽納二極體）， 限制高電壓從而保護電路（雪崩二極體）， 無線電調諧（變容二極體）， 產生射旺振盪（磅空二極體、耿氏二極體、IMPATT 二極體）猶閣有產生光（發光二極體）。

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 接面效應，嘛有利用金屬佮半導體接合產生的蕭特基效應達到整流作用的類型。若是 PN 接面型的二極體，佇咧 P 型側就是陽極，N 型側是陰極。

歷史

二十世紀初，因為無線電接收器探測器的需要，熱離子二極體（真空管）佮固態二極體（半導體二極體）大約佇仝款的時間分別研發。一直到二十世紀五空年代進前，真空管二極體佇收音機內底攏閣較捷用。這是因為早期的點接觸式半導體二極體（貓鬚探測器）並無穩定，而且彼當陣大多數的收音機放大攏是由真空管制成，二極體會當直接囥入去其中。而且彼當陣真空管整流器佮充氣整流器處理一寡高電壓、高電流整流任務的能力更加是遠佇半導體二極體（如果分開規流器）之上。

真空管的發現

一八七三年，熔雷德里克 ・ 格思里（Frederick Guthrie）發現了熱離子二極體的基本操作原理。伊發現當白熱化的接地金屬接近紮正電的驗電器的時，驗電器的電會去予人引走；毋過紮負電的驗電器袂發生類似情形。這表明矣電流干焦會當向一个方向流動。

一八八空年二月十三，托馬斯 ・ 愛迪生嘛發現這个規律。彼當陣，愛迪生當咧研究為啥物伊的碳絲電球仔的電火會強欲總是佇咧當極端燒斷。伊有一个密封矣金屬板的特殊玻璃外殼的電火球仔。利用這个裝置，伊證實，發光的燈絲會有一種無形的電流軁過真空佮金屬板連接，但是干焦當板去予人接著正電源的時陣才會發生。愛迪生隨發明一種電路，伊的特殊燈泡有效地取代矣直流電壓表中的電阻。佇一八八四年，愛迪生予人授予這項發明的專利。因為彼當陣這種裝置實際上並袂當看出實用的價值，這項專利閣較濟的是為著欲防止別人聲稱上早發現矣這項所謂「愛迪生效應」。

二空年以後，約翰 ・ ma萊明（愛迪生進前雇員）發現了這一效應的實用價值，伊會當用來製作精確檢波器。一九空四年十一月十六，第一个真正的熱離子二極體—— 柬萊明管，由此萊明佇咧英國申請了專利。

固態二極體

一八七四年，德國物理學家卡爾 ・ 布勞恩發現晶體的「單向傳導」的能力，閣佇一八九九年將晶體整流器申請了專利。氧化亞銅佮普遍規流器是佇一九三空年代為著供電應用來發明的。

印度人賈格迪啥物 ・ 錢德搝 ・ 博斯佇一八九四年成為頭一个使用晶體檢測無線電波的科學家。伊嘛佇厘米佮毫米級別對微波進行矣研究。一九空三年，格林里夫 ・ 惠特勒 ・ 皮卡德（Greenleaf Whittier Pickard）發明矣矽晶檢波器，並且佇一九空六年十一月二十號註冊了專利。也正正就是因為林里夫，予晶體檢波器發展變會當實用佇無線電報的裝置。其他實驗者試著幾種其他物質，其中上廣泛使用的是礦物方鉛礦（硫化鉛）， 因為伊價數俗閣好提著。佇咧這寡早期的晶體收音機集的晶體檢波器包括一个會當調節導線的點接觸設備（人講的「貓須」）。 會當通過手動調節晶體表面上的導線，以得著最佳的訊號。這个較費氣的設備佇咧二十世紀二空年代由熱離子二極體所取代。二十世紀五空年代，懸純度的半導體材料出現。因為新出現的被二極體價數俗，晶體收音機重新開始予大規模使用。貝爾實驗室閣開發矣抹二極體微波接收器。二十世紀四空年代當中尾期，美國電話電報公司佇美國四界新起的微波塔上開始應用這款微波接收器，主要用傳輸的電話和網路電視訊號。毋過貝爾實驗室並無研發出效果予人滿意的熱離子二極體微波接收器。

辭源

佇咧上早予人發明的彼个年代，二極體通常予人號做「整流器」。 佇咧一九一九年四極管予人發明了後，威廉 ・ 亨利 ・ 埃克爾斯創造了術語 Diode，是按希臘語詞根（δί，di，「 二」）和（ὁδός，ode，「 路徑」）兩个人敆做伙的。

就算講二極體基本攏有著「整流」作用，但是這馬「整流器」一詞通常佇咧特定情形下才會被使用。如電源供應所需要的「半波整流」抑是「全波整流」設備；抑是陰極射線管所需要的高壓電續流二極體。

熱離子二極體

一个熱離子二極體就是一个真空管（嘛稱「電子管」）， 由一个包括著兩个電極的密封真空玻璃殼組成：由著燈絲加熱的陰極，佮一个陽極。較早產品的外觀佮這馬的白刜燈非常的類似。

佇咧操作中，一个單獨的電流通過由鎳鉻合金製成的高電阻燈絲（加熱器）， 共陰極加熱到紅熱的狀態（八百-一千石氏度）了後會使予伊釋放電子到真空。這一過程就熱發射。陰極通常塗有鹼土金屬氧化物，如喻抑是孵的氧化物。因為𪜶有較低的功函數，會當發射的電子數量增加。有寡真空管是直接加熱鎢絲，鎢絲是既然做加熱器嘛是陰極本身。交流電會咧負極佮其仝心的陽極板之間整流，做枋仔𤆬正電的時，靜電會對負極處吸引電子。所以電子即從陰極連通到陽極成做電流。毋過當極性反轉陽極板帶有負電時，陽極板袂發無線電子，陰極嘛並袂吸引電子，因為無電流會產生。遮爾保證電流的單向流通，自陰極流向陽極板。

咧汞弧活（具有冷陰極的汞蒸氣離子活）中，一種難熔的導電陽極佮一池是陰極的液態汞之間會成做電弧，電壓單位會當達數百千瓦，這對高壓直流輸電的發展起到了促進作用。一寡小型的熱離子整流器有時仔嘛用汞蒸氣共添充去，以減少𪜶的順向壓降閣增加這款熱離子強真空元件的電流額定值。

規个真空管時代，這款二極體應用於類比訊號，並且佇咧消費電子產品（如收音機、電視機、音響系統）的直流供電設備當做整個流器。二十世紀四空年代，佇遐供電設備內的真空管開始予人規流器所替代，然後一九六空年代又閣予半導體二極體替代。現此時，二極體猶原佇一寡高功率咧應用的場合使用，因為會當承受連鞭變佮較好的魯棒性，予𪜶比半導體元件的優勢會當表現出來。尤其是音頻處理上，真空管基本無存在連鞭態互調失真、開關失真佮交越失真等影響音質的問題。因此這幾年來，佇音響發燒友和錄音棚所用的音頻設備內底，應用真空二極體的老式音頻設備有回潮的影跡，如家用音響系統甚至是 gì-tà 效果器。

半導體二極體

圖標

電路圖內底用佇二極體的圖標如下圖表所示。

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點接觸式二極體

點接觸式二極體佮下文所述的面接觸式二極體工作原理類似，毋過構造較是簡單。主要結構即為一个由第三主族金屬製成的導電的尖端，佮一塊佮其相接觸的 N 型半導體。一寡金屬會進入半導體，接觸面的這細塊片的區域就成做 P 型半導體。長期流行的一 N 三十四抹型二極體，目前猶閣佇無線電接收器中的檢波器內底使用，並有時會佇一寡應用類比電子的場合使用。

面接觸式二極體

面接觸式 PN 接面二極體是由一塊半導體晶體製作的。無仝的插雜製程會當使仝一个半導體（如本徵矽）的一端成做一个包含負極性載子（電子）的區域，這號做 N 型半導體；另外一爿成做一个包含正極性載子（電洞）的區域，這號做 P 型半導體。兩種材料做伙的時陣，電子會對 N 型一爿流向 P 型一爿。這區域電子佮電空互相抵銷，造成中央區域載流子無夠，形成「空乏層」。 佇空乏層內部存在「內電場」：N 型邊仔正電，P 型邊仔帶負電。兩塊區域的交界處為 PN 接面，晶體允准電子（外部來看）對 N 型半導體一端，流向 P 型半導體一端，但是袂使顛倒向流動。

整流動作

做二極體兩爿施加電壓的時，空乏區的闊度，PN 接面勢壘懸低攏會發生變化，致使二極體的電阻發生變化。

順向偏壓（Forward Bias）

二極體的陽極側施加正電壓，陰極側施加負電壓，按呢就講順向偏壓，所加電壓為順向偏壓。如此 N 型半導體予人注入電子，P 型半導體予人注入電空。按呢來喔，予多數載流子過賰，空乏層縮小、消滅，正負載流子佇咧 PN 接合部附近結合並消滅。整體來看，電子對陰極流向陽極（電流是由陽極流向陰極）。 佇這个區域，電流隨著偏壓的增加厝宅真濟增加。伴隨著電子佮電空的閣結合，兩个人所帶的能量轉變做熱（佮光）的形式被放出來。順聰電流通過的必要電壓予人號做開啟電壓，特定順向電流下二極體兩爿的電壓講做順向壓降。

顛倒向偏壓（Reverse Bias）

佇咧陽極側施加相對陰極負的電壓，就是顛倒向偏壓，所加電壓為逆向偏壓。這款情形下，因為乎 N 型區域予人注入電空，P 型區域予人注入電子，兩个區域內的主要載流子攏變做無夠，就按呢結合部位的空乏層變閣較闊，內底的靜電場嘛閣較強，湠電嘛綴咧變大。這个擴散電位佮外部施加的電壓互相抵銷，予顛倒向的電流閣較歹通過。閣較濟的細節請參閱「PN 接面」條目。

實際的元件雖然佇顛倒向偏壓的狀態，嘛會有微細仔顛倒向電流（飽和電流、漏電流、漂移電流）通過。做偏逆壓繼續增加的時陣，閣會發生 _ 磅空擊穿 _ 抑是 _ 雪崩擊穿 _ 抑是 _ 幫敗 _，發生厝大間的電流增加。開始產生這款擊穿現象的（顛倒向）電壓予人號做幫敗電壓。超過崩電壓以後顛倒向電流直直增加的區域予人號做拍穿區（幫敗區）。 佇咧拍穿區內，電流佇咧較大的範圍內變化啊若二極體反向壓降變化較細。穩壓二極體就利用這个區域的動作特性製作，嘛會使做電壓源使用。

接面電壓

做二極體的 P-N 接面處順向偏壓時，著愛有相當的電壓予人用來貫通空乏區，致使形成一逆向的電壓源，電壓源的電壓就號做障壁電壓，矽二極體的障壁電壓約零劃六 V～空九七 V，抹二極體的障壁電壓約零馮三～空七四 V

種類

依照材料佮發展年代的分類：

一 . 二極真空管二 . 鋪二極體三 . 鋪二極體四 . 矽二極體五 . 新化抹二極體按照應用佮特性分類：

• PN 接面二極體（PN Diode）

施加順向偏壓，利用半導體中 PN 接合的整流性質，是上基本的半導體二極體，捷看應用佇整流方面佮電感並且聯保護其他的元件用。鋩角請參照 PN接面的條目。

• 蕭特基二極體

利用金屬佮半導體二者接合面的「蕭特基效應」的整流作用。因為順向的切入電壓較低，導通回復時間也短，適合用高頻率的整流。一般來講是漏電流較濟，雄雄耐受度較低。嘛有針對這缺點做改善的品種推出。

• 穩壓二極體（Reference Diode）（定用稱法：稽納二極體）

施加倚向偏壓，超過特定電壓時發生的顛倒向幫敗電壓隨逆向電流變化誠細，有一定的電壓穩定的能力。利用這性質做成的元件被用佇電壓基準。透過濫雜物仔的種類、濃度，決定崩潰電壓（破壞電壓）。 其實順向偏壓佮一般的二極體相仝。

• 恆流二極體（抑是講定電流二極體，CRD、Current Regulative Diode）

予人施加順方向電壓的場合，無論電壓偌濟，會當得著一定的電流的元件。通常的電流容量佇一 ~ 十五 mA 的範圍。雖然予人號做二極體，但是構造、動作原理攏佮接合型電場效應電晶體相𫝛。

• 變容二極體

施加倚向偏壓，二極體 PN 接合的空乏層厚度會因電壓無仝而變化，產生靜電容量（接合容量）的變化，通好做這馬由電壓控制的咧會當變電容器來使用。無機械零件所以會當靠度懸，廣泛應用佇咧壓控振盪器抑是會使變電壓濾波器，嘛是電視接收器佮行動電話袂當無欠缺的零件。

• 發光二極體（LED）

施加順向偏壓，會當發光的二極體。由發光種類佮特性閣有紅外線二極體、各種色水的可見光二極體、紫外線二極體等。

• 雷射二極體

當 LED 產生的干焦闊足狹的同調光（Coherent Light）時，是講雷射二極體。

• 光電二極體

光線射入去 PN 接面，P 區電空、N 區電子大量發生的，產生電壓（光電效應）。 藉著測量電壓抑是電流，為光感應器使用。有 PN、PIN、蕭特基、APD 等類型。太陽電池嘛是用這款效應。

• 磅空二極體（Tunnel Diode）、 江崎二極體（Esaki Diode）、 透納二極體

因為日本人江崎玲於奈於一九五七年發明。是利用量仔穿磅空應的作用，會出現佇咧一定偏壓範圍內順向電壓增加的時流通的電流量顛倒減少的「負電阻」的現象。這是上會當耐受核輻射的半導體二極體。

• PIN 二極體（P-intrinsic-N Diode）

PN 之間一層高電阻的半導體層，使少數載子的粒積效果增加，逆回復時間嘛較長。利用順向偏壓時高頻率訊號較會通過的性質，用佇天線的頻帶切換佮高頻率開關。

• 耿效應二極體

應用佇低功率微波振盪器。

• 二極真空管
• 氣體放電管整流器

針狀電極和平板電極相向接近尖端放電。若共針狀電極當做是負極，較低的電壓就會開始放電。利用按呢的性質來做當做整個流器。

• 點接觸二極體

用餐之類的金屬針狀電極和 N 型半導體的表面接觸，這个構造的特徵是寄生電容非常的細。採用佇皇質二極體和 _ 耿效應二極體 _。礦石收音機內底使用的礦石檢波器嘛是一種點接觸二極體。

• 雙向觸發二極體（DIAC）、 突波保護二極體、交流二極體

當施加超過規定電壓（Break Over 電壓，VBO）的電壓會開始導通予端子之間的電壓降低的雙方向元件。佇咧電路突波的保護上。另外，雖罔予人號做二極體，實際的構造、動作原理攏應該愛歸類做閘流管 / 矽控整流器整流器的複雜分類當中。

• 非線性電阻器

若超過一定電壓，電阻就會降低。是保護電路受著突波電壓傷害的雙向元件。通常由二氧化鋅的燒結體粒仔製成，當做非線性電阻使用。雖然一般認為講伊的作用應是由內部濟金屬氧化物粒粒的蕭特基接面二極體效應產生，但是對外並無呈現二極體的特性，所以平常時並無列佇二極體分類內底。

• 幾何二極體（Geometric diode）

利用奈米 sài-sù 的幾何結構實現特性。有望應用佇需要極高速整流的領域如光整流天線，實現將可見光抑是紅外線轉化做直流電的功能。

相關條目

• 半導體
• 三極體
• 稽納二極體
• 二極體模型

外部連結

• 二極體的特性佮應用