半導體/二極體從工程的角度

PN 結在電氣工程中作為二極體很有用。二極體具有各種用途，包括：- 防止電流在一個方向流動，而在另一個方向流動- 穩壓（在反向偏置時使用）- 電壓相關電容（在反向偏置時使用）

二極體結構和特性

如前一章所述，二極體是在 P 型半導體和 N 型半導體的物理介面處構建的。當這兩個區域相遇時，由於結處的濃度差異，空穴和電子在結處擴散

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  空穴和電子在 P 型和 N 型摻雜半導體之間的結處漂移。

這種擴散不會無限期地持續下去。相反，當電子擴散到 P 端，空穴擴散到 N 端時，會產生電荷不平衡，從而產生一個電壓，最終阻止任何進一步的擴散發生。該電壓是二極體的固有特性，取決於 P 端相對於 N 端的摻雜量。由此產生所謂的內建電勢，$V_{bi}$。

二極體偏置

- 當二極體受到外部電場作用時，則稱其為偏置。- 如果電場方向與內建電壓相反，則會抵消擴散，使耗盡區變薄。這被稱為正向偏置。

 - In addition to counteracting diffusion, forward biasing also injects charge carriers (holes and electrons) into the P and N regions of the diode. This encourages further diffusion from P to N, leading to current flow.

- 但是，如果電場方向與內建電壓相同，則會促進擴散，使耗盡區變厚。這被稱為反向偏置。

 - In this mode, charge carriers are injected into the opposite regions of the diode (holes in N and electrons in P), where they instantly recombine. This prevents any current flowing, up to a certain point.

二極體的電路模型

在分析二極體時，可以使用許多模型，包括

理想二極體模型

在理想二極體模型中，存在兩種狀態：開和關。在開狀態下，二極體充當短路，允許任意數量的電流流過，並將兩端之間的電勢強制為 0。在關狀態下，二極體充當開路，因此電流無法流過二極體。

電壓降模型

在電壓降模型中，同樣存在兩種狀態：開和關。關狀態與上述相同；電路阻止任何電流流過。然而，在開狀態下，二極體充當電壓源，在兩端之間保持恆定的電壓，等於其內建電壓。

經驗模型

在經驗模型中，我們將二極體視為由 $I = I_s (e^{\frac{V_f}{V_T}}-1)$ 控制的電路元件，為我們提供了一個指數曲線。該模型通常需要數值迭代來評估。

VRC 模型

在 VRC 模型中，我們將二極體建模為電壓源、電容器和電阻器。這通常用於二極體處於反向偏置時。

穩壓器

待辦事項

電壓相關電容

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