什麼是二極體？

二極體看起來像上圖。它們通常有一個黑色圓柱體，一端有一條條紋，還有一些引線伸出來可以將其連線到電路中。一端稱為陽極，另一端稱為陰極。

二極體允許電流僅沿一個方向流動。 如果我們想象一個安裝了迴轉閥的水管。當水流過管道時，它將推開擺動門並繼續流過。但是，如果水改變方向，水會推動閘門關閉並阻止流動。因此水只能向一個方向流動。

二極體的工作原理

電是原子之間自由電子的流動。使用銅線是因為銅有很多自由電子，這使得電流很容易透過。使用橡膠來絕緣銅線並保證我們的安全，因為橡膠是一種絕緣體，這意味著它的電子被緊緊地保持著，因此不能在原子之間移動。

電子被原子核固定在適當的位置。但是還有另一個稱為導帶的外殼。如果一個電子可以到達這個位置，那麼它就可以脫離原子並移動到另一個原子。對於銅等金屬原子，導帶和價殼重疊，因此電子很容易移動。

使用絕緣體，最外殼被包裝。電子加入的空間很小甚至沒有。原子核緊緊抓住電子，導帶很遠，所以電子無法到達這裡逃脫。因此電流不能流過這種材料。

但是，還有另一種稱為半導體的材料，例如矽。對於這種材料，最外殼中的電子太多了，無法成為導體，因此它就像絕緣體一樣。但是必須注意：因為導帶非常接近，如果提供一些外部能量，一些電子將獲得足夠的能量，從價態躍遷到導帶，從而變得自由。因此，這種材料既可以作為絕緣體，也可以作為導體。純矽幾乎沒有自由電子，因此工程師所做的就是在矽中摻雜少量其他材料來改變其電效能。

P 型和 N 型摻雜，將這些摻雜材料結合起來形成二極體。所以在二極體內部，有兩條引線，陽極和陰極，它們連線到一些薄板。在這些板之間，在陽極側有一層 P 型摻雜矽，在陰極側有一層 N 型摻雜矽。整個東西都封裝在樹脂中以絕緣和保護材料。

想象一下，如果這種材料還沒有摻雜，它裡面只是純矽。每個矽原子都被其他 4 個矽原子包圍。每個原子在其價殼中需要 8 個電子，但是矽原子在其價殼中只有 4 個電子，因此它們偷偷地與相鄰原子共享一個電子以獲得它們想要的 8 個電子。這被稱為共價鍵合。

當加入磷等N型材料時，它會佔據一些矽原子的位置。磷原子在其價殼層中有 5 個電子。因此，當矽原子共享電子以獲得所需的 8 個電子時，它們不需要這個額外的電子，因此材料中現在有額外的電子，因此這些電子可以自由移動。

透過 P 型摻雜，添加了一種材料，例如鋁。這個原子在其價殼中只有 3 個電子，所以它不能為它的 4 個鄰居提供一個電子來共享，所以其中一個將不得不離開。因此，在電子可以坐下和佔據的地方產生了一個空穴。

所以現在有兩塊摻雜的矽，一塊電子太多，另一塊電子不足。兩種材料結合形成PN接面。在這個交界處，得到了所謂的耗盡區。在這個區域中，一些來自 N 型側的多餘電子將移動過來佔據 P 型側的空穴。這種遷移將形成一個屏障，電子和空穴在相對兩側的積累。電子帶負電，因此空穴被認為帶正電。因此，堆積會導致帶輕微負電荷的區域和帶輕微正電荷的區域。這會產生一個電場並阻止更多的電子移動。在典型二極體中，該區域的電位差約為 0.7V。

當在二極體上連線一個電壓源時，陽極（P 型）連線到正極，陰極（N）連線到負極，這將產生正向偏置並允許電流流動。電壓源必須大於 0.7V 勢壘，否則電子無法跳線。

當我們反轉電源時，正極連線到 N 型陰極，負極連線到 P 型陽極。空穴被拉向負極，電子被拉向正極，這導致勢壘膨脹，因此二極體充當導體以防止電流流動。