最簡單的半導(dǎo)體 - 二極管

最簡單的半導(dǎo)體 - 二極管

二極管是半導(dǎo)體組件（Semi-conductor devices）之中結(jié)構(gòu)最簡單的一種。它由兩部份組成，分別是N型硅（N-type silicon）和P型硅（P-type silicon）。N型硅和P型硅是兩種摻雜了不同雜質(zhì)的硅化合物。從圖1可以看到二極管是如何構(gòu)成的。將N型硅和P型硅結(jié)合在一起，便形成了二極管的作 用——限制電流的流動(dòng)方向。請讀者留意二極管的電路符號，當(dāng)中的等腰三角形是代表了電流方向，而直線就代表了N型硅的位置。

傳統(tǒng)的二極管

圖 2展示了一個(gè)簡單的電路，當(dāng)中將一個(gè)電池連接了電阻和二極管。當(dāng)開啟電源時(shí)，電流能夠通過電阻，這情況稱之為「正向偏壓」（Forward-bias）。 但如果將二極管重新以相反方向安裝時(shí)，電流便不能通過（圖3），這情況稱之為「反向偏壓」（Reverse-bias）。

二 極管看似平平無奇，但其實(shí)它就在你我的身邊。傳統(tǒng)的二極管可用來建立整流電路（Rectification circuit），將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。另外，二極管亦用作計(jì)算機(jī)、各種自動(dòng)控制系統(tǒng)和微波/無線電電路中開關(guān)電路的組成組件。甚至簡單至一般的電子產(chǎn) 品，也會(huì)使用二極管，防止使用者一旦誤將電池的正負(fù)極倒轉(zhuǎn)時(shí)，對產(chǎn)品所造成的破壞。

經(jīng)過多年的發(fā) 展，二極管已發(fā)展出不同種類，各自有獨(dú)特的用途。其中最為人熟悉的該是發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）了，日常生活不難發(fā)現(xiàn)它的存在，例如各種電器和電子產(chǎn)品上的訊號燈、電筒、車頭大燈等等。另外一種稱為光電二極管（Photo diode），在測光儀器、光敏傳感器（Photo sensor或Photo detector）、DC用的電荷耦合器件（Charge coupled device，即一般簡稱為CCD的感光組件）等都可以找到。雷射二極管/二極管激光器（Laser diode），主要用在光學(xué)儲存裝置（Optical storage devices）、雷射打印機(jī)和光纖通訊等。

甚么是半導(dǎo)體？

相信各位讀者都不會(huì)對半導(dǎo)體這個(gè)名詞陌生吧！皆因由生活上不可或缺的計(jì)算機(jī)、手提電話、PDA，到大家都十分喜愛的PMP、Xbox、數(shù)碼相機(jī)等等，無一不是使用半導(dǎo)體。但有沒有想過，為何半導(dǎo)體能夠有這么廣泛的用途呢？

在 解答以上問題之前，就先得解釋甚么是半導(dǎo)體了。也許大家曾經(jīng)聽過，一般導(dǎo)電體如金屬之所以能夠通電，是因?yàn)閮?nèi)里帶電荷的電子能夠自由活動(dòng)；只要金屬的兩端 有電位差（Potential difference）的存在便會(huì)產(chǎn)生電流。而半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)（Conductivity）并不像絕緣體（Insulator）那般在任何環(huán)境下也不會(huì) 導(dǎo)電，也不像導(dǎo)電體那樣，只要有電位差便能通電。但半導(dǎo)體的運(yùn)作原理屬于高階的物理學(xué)，因此筆者只能為讀者提供一個(gè)簡單的概念。

或 者大家曾經(jīng)聽過，半導(dǎo)體是由硅元素構(gòu)成。而剛才介紹二極管時(shí)，筆者提及過半導(dǎo)體材料N型硅和P型硅。要將硅元素加入雜質(zhì)的原因，乃是因?yàn)楣璞旧聿⒉荒軐?dǎo) 電；但只要將硅摻雜（Doping）不同種類和份量的雜質(zhì)，變成硅化合物后便可以通電。不少半導(dǎo)體組件各自有不同的導(dǎo)電特性，就是因?yàn)榻M件內(nèi)的N型硅和P 型硅的位置分布和份量所造成。其實(shí)除了N型硅和P型硅，還有其他不同種類的半導(dǎo)體材料，以制造出帶有不同特性的組件。

只要控制摻雜入硅元素的雜質(zhì)含量以及硅化合物的組合方式，便可造出適合不同需要的半導(dǎo)體組件。正因如此，工程師便制造出二極管、晶體管、集成電路等組件，有效解決過去在設(shè)計(jì)電路方面不能解決的難題，同時(shí)亦開創(chuàng)出多種新技術(shù)，改變了人類的生活。