第 2 章二極體的物理性質及特性 2-1 半導體的物理特性

2-2 P-N 接面二極體2-3 稽納二極體2-4 發光二極體（ LED ）2-5 其它特殊二極體 學習目標1. 半導體的物理特性2. 瞭解 PN 二極體的特性3. 瞭解稽納二極體的特性4. 瞭解發光二極體的特性5. 認識其他特殊二極體

2-1 半導體的物理特性原子模型與價電子

2-1 半導體的物理特性自由電子與電洞

(a) 矽原子 (b) 矽晶體圖 2-3 　能階表示圖

2-1 半導體的物理特性絕緣體、半導體與導體

(a) 絕緣體　 (b) 半導體 (c) 導體

圖 2-4 　絕緣體、半導體與導體能階圖

2-1 半導體的物理特性絕緣體常見的絕緣體如石英晶體、玻璃、雲母、油、尼龍、木頭、乾燥的空氣等等。半導體常用的半導體材料有鍺（ Ge:germanium ）、矽（ Si:silicon ）及砷化鎵（ GaAs:gallium arsenide ）。導　體常用的導體有金、銀、銅、鋁、鍚、石墨等等，其中以銀的導電性最佳。

P 型半導體與 N 型半導體本質與外質半導體

2-1 半導體的物理特性P 型半導體與 N 型半導體本質與外質半導體加入其他雜質元素於本質半導體稱為外質半導體（ extrinsic semiconductor ）不摻雜任何元素的半導體，稱為純半導體，又稱為本質半導體（ intrinsic semiconductor ），如純矽和純鍺

2-1 半導體的物理特性

2-1 半導體的物理特性

2-1 半導體的物理特性N 型半導體

當摻雜的元素為 5 價元素 （例如：磷 P 、砷 As 、銻 Sb ） 時，此種外質半導體稱為 N 型半導體。

圖 2-7 加入 5 價施體元素的外質半導體結晶結構

2-1 半導體的物理特性

多數載子（ majority carrier ）是電子（大部份是施體所提供的，極少部份是由熱擾動所產生的），少數載子（ minority carrier ）是電洞（由熱擾動所產生的）。

2-1 半導體的物理特性P 型半導體

當摻雜的元素為 3 價元素（例如：鋁 Al 、鎵 Ga 、銦 In ）時，此種外質半導體，稱為 P 型半導體。

圖 2-8 加入 3 價受體元素的外質半導體結晶結構

2-1 半導體的物理特性

多數載子（ majority carrier ）是電洞少數載子（ minority carrier ）是電子（由熱擾動所產生的）。

2-2 P-N接面二極體

2-2 P-N接面二極體二極體的電流成份擴散電流 IF

2-2 P-N接面二極體漂移電流 或稱逆向飽和電流

圖 2-11 　 PN 二極體的漂移電流

2-2 P-N接面二極體二極體的 V-1 特性未加偏壓特性

圖 2-12 　未加偏壓時之 PN 二極體

2-2 P-N接面二極體順向偏壓區特性

圖 2-13 　加順向偏壓時之 PN 二極體

2-2 P-N接面二極體逆向偏壓區特性

圖 2-14 　加逆向偏壓時之 PN 二極體

2-2 P-N接面二極體崩潰區特性

圖 2-15 　 PN 崩潰燒毀時之 PN 二極體

2-2 P-N接面二極體 特性曲線

圖 2-16 　二極體 特性曲線

2-2 P-N接面二極體

圖 2-17 直流靜態電阻

2-2 P-N接面二極體交流動態電阻 （或稱小信號等效電阻）

圖 2-18 交流動態電阻

2-2 P-N接面二極體

2-2 P-N接面二極體順向導通電阻（或稱平均交流動態電阻）

2-2 P-N接面二極體二極體的電容特性

1. 空乏電容 Cr

圖 2-20 空乏電容

2-2 P-N接面二極體二極體的電容特性

2. 擴散電容 CD

圖 2-21 擴散電容

2-2 P-N接面二極體

2-2 P-N接面二極體二極體等效電路模型理想模型（理想開關型）

2-2 P-N接面二極體二極體等效電路模型簡化模型（含切入電壓型）

2-2 P-N接面二極體進階簡化模型（含切入電壓及導通電阻型）

2-3 稽納二極體稽納二極體的逆向崩潰特性1. 累增崩潰2. 稽納崩潰

圖 2-32 　二極體逆向崩潰

2-3 稽納二極體稽納二極體的逆向崩潰區等效電路

圖 2-33 　理想稽納二極體

2-3 稽納二極體

圖 2-34 　含導通電阻稽納二極體

2-3 稽納二極體稽納二極體的應用

2-4 發光二極體 (LED)

2-4 發光二極體 (LED)

2-4 發光二極體 (LED)可見光 LED

(a) 手電筒 　 　 (b) 電燈

圖 2-42 　 LED 照明產品

不可見光（紅外線） LED 紅外線 LED 的用途大多為光感測器的光源

2-5 其他特殊二極體雷射二極體

2-5 其他特殊二極體蕭特基二極體

2-5 其他特殊二極體變容二極體

2-5 其他特殊二極體隧道二極體

(a) 特性曲線圖　　　　　　　　　　 (b) 電路符號

圖 2-47 　隧道二極體