【導讀】這是Steven Dufresne的一篇博文HISTORY OF THE DIODE[1] ，講解了二極管的簡要發展曆史。這讓我們也認識的

，很多的發現都存在著偶然性，往往需要等到很多年之後才能夠找到用場。

二極管的曆史充滿著各種偶然發現造就的樂趣，也有的發現直到幾十年之後被派上用場。讓我們先談談兩個話題：熱電子發射以及半導體二極管。

01 真空管

熱電子二極管

人(ren)類(lei)的(de)一(yi)次(ci)偶(ou)然(ran)關(guan)於(yu)熱(re)電(dian)子(zi)發(fa)射(she)現(xian)象(xiang)的(de)發(fa)現(xian)
，導(dao)致(zhi)了(le)若(ruo)幹(gan)年(nian)後(hou)的(de)真(zhen)空(kong)電(dian)子(zi)管(guan)的(de)出(chu)現(xian)。所(suo)謂(wei)的(de)熱(re)電(dian)子(zi)發(fa)射(she)，簡(jian)單(dan)講(jiang)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)加(jia)熱(re)的(de)金(jin)屬(shu)，或(huo)者(zhe)熱(re)源(yuan)外(wai)部(bu)包(bao)裹(guo)的(de)金(jin)屬(shu)，表(biao)麵(mian)會(hui)發(fa)射(she)電(dian)子(zi)。

在1873年， 弗雷德裏克(Frederick)將他的驗電器（electroscope）帶(dai)上(shang)正(zheng)電(dian)荷(he)，然(ran)後(hou)將(jiang)一(yi)個(ge)加(jia)熱(re)到(dao)白(bai)熾(chi)狀(zhuang)態(tai)金(jin)屬(shu)靠(kao)近(jin)驗(yan)電(dian)器(qi)的(de)終(zhong)端(duan)。從(cong)熱(re)金(jin)屬(shu)表(biao)麵(mian)發(fa)射(she)的(de)電(dian)子(zi)轉(zhuan)移(yi)到(dao)驗(yan)電(dian)器(qi)上(shang)
，中(zhong)和(he)上(shang)麵(mian)的(de)正(zheng)電(dian)荷(he)，使(shi)得(de)驗(yan)電(dian)器(qi)中(zhong)的(de)金(jin)屬(shu)片(pian)閉(bi)合(he)。但(dan)充(chong)有(you)負(fu)電(dian)荷(he)的(de)驗(yan)電(dian)器(qi)不(bu)會(hui)因(yin)此(ci)而(er)喪(sang)失(shi)其(qi)中(zhong)的(de)負(fu)電(dian)荷(he)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)熾(chi)熱(re)金(jin)屬(shu)隻(zhi)能(neng)發(fa)送(song)電(dian)子(zi)，也(ye)就(jiu)是(shi)負(fu)電(dian)荷(he)。因(yin)此(ci)從(cong)熾(chi)熱(re)金(jin)屬(shu)上(shang)隻(zhi)能(neng)單(dan)方(fang)向(xiang)移(yi)動(dong)電(dian)子(zi)
，這(zhe)導(dao)致(zhi)早(zao)期(qi)二(er)極(ji)管(guan)的(de)發(fa)明(ming)。

圖1.1 驗電器

托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）在1880年nian也ye獨du立li發fa現xian了le熱re電dian子zi發fa射she效xiao應ying，當dang時shi他ta正zheng在zai解jie決jue燈deng泡pao內nei碳tan素su燈deng絲si為wei何he總zong是shi在zai正zheng電dian極ji處chu容rong易yi被bei燒shao斷duan的de問wen題ti。他ta製zhi作zuo了le一yi個ge特te殊shu的de抽chou真zhen空kong的de燈deng泡pao，在zai燈deng絲si連lian接jie正zheng電dian極ji處chu增zeng加jia一yi個ge金jin屬shu片pian並bing距ju離li燈deng絲si很hen近jin
，他ta發fa現xian一yi股gu看kan不bu見jian的de電dian流liu從cong燈deng絲si流liu向xiang金jin屬shu片pian。因yin此ci熱re電dian子zi發fa射she也ye被bei稱cheng為wei愛ai迪di生sheng效xiao應ying。

圖1.2 熱發射電子二極管

但是直到1904年這種熱電子效應才被應用到實際當中。約翰·安布羅斯·弗拉明(John  Ambrose Fleming)在1881年到1891年的十年中作為愛迪生照明公司顧問，後來為馬可尼(Marconi)無線電報公司工作。在1901年無線電報公司第一次向公眾展示了跨大西洋無線通訊技術，傳送的字母是“S”，duiyingdemosidianbaomashisangedian。danjiangchuansongxinhaocengshibeijingzaoshengzhongfenlichulaixiangdangkunnan，suoyidangshinacizhanshishoudaolezhengyi。zheshidefulamingrenshidexuyaoxunzhaoyizhongbifenmojianboqi（Coherer）更加靈敏的信號檢測器件。到了1904年(nian)，他(ta)嚐(chang)試(shi)使(shi)用(yong)愛(ai)迪(di)生(sheng)效(xiao)應(ying)真(zhen)空(kong)管(guan)，結(jie)果(guo)效(xiao)果(guo)非(fei)常(chang)好(hao)，將(jiang)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)了(le)整(zheng)流(liu)，在(zai)電(dian)流(liu)計(ji)中(zhong)顯(xian)示(shi)出(chu)來(lai)。他(ta)為(wei)此(ci)申(shen)請(qing)了(le)弗(fu)拉(la)明(ming)真(zhen)空(kong)管(guan)專(zhuan)利(li)技(ji)術(shu)，這(zhe)標(biao)誌(zhi)著(zhe)由(you)兩(liang)個(ge)部(bu)件(jian)組(zu)成(cheng)
，依(yi)靠(kao)熱(re)電(dian)子(zi)發(fa)射(she)工(gong)作(zuo)的(de)二(er)極(ji)管(guan)正(zheng)式(shi)誕(dan)生(sheng)了(le)
，也(ye)開(kai)啟(qi)了(le)隨(sui)後(hou)幾(ji)十(shi)年(nian)間(jian)不(bu)同(tong)種(zhong)類(lei)真(zhen)空(kong)管(guan)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)。

到了20世紀40niandai，zaidianlixingyezhongyingyongdezhenkongguanzhujianbeixierjiguantidai，daoleliushiniandai
，bandaotierjiguanchengweizhujiao。rujin
，zhenkongerjiguanrengranzaigaogonglvchanghebeiyingyong。rujin，suizhefugugaojiyinxiangaihaozhedetuibozhulan
，yijiluyinshizhongyingyongxingqi，zhenkongguanyouyinglailetadegaoguangshike。

02 固態二極管

半導體二極管

幾乎同時，弗裏德裏克·格思裏(Frederick Guthrie)也使用他的驗電器發現了熱電子發射現象。在1874年，卡爾·弗迪南·布勞恩（Karl Frederick Braun）也(ye)在(zai)研(yan)究(jiu)鹽(yan)溶(rong)液(ye)中(zhong)金(jin)屬(shu)離(li)子(zi)的(de)導(dao)電(dian)性(xing)。他(ta)認(ren)識(shi)到(dao)一(yi)些(xie)鹽(yan)化(hua)合(he)物(wu)

，比(bi)如(ru)硫(liu)化(hua)鉛(qian)
，在(zai)沒(mei)有(you)溶(rong)解(jie)時(shi)也(ye)導(dao)電(dian)。隨(sui)後(hou)他(ta)發(fa)現(xian)硫(liu)化(hua)鉛(qian)的(de)導(dao)電(dian)性(xing)能(neng)隨(sui)著(zhe)電(dian)壓(ya)的(de)幅(fu)度(du)和(he)極(ji)性(xing)會(hui)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，特(te)別(bie)是(shi)當(dang)電(dian)極(ji)呈(cheng)現(xian)尖(jian)端(duan)觸(chu)碰(peng)在(zai)硫(liu)化(hua)鉛(qian)表(biao)麵(mian)這(zhe)種(zhong)非(fei)線(xian)性(xing)更(geng)強(qiang)。硫(liu)化(hua)鉛(qian)是(shi)一(yi)種(zhong)半(ban)導(dao)體(ti)
，所(suo)以(yi)布(bu)勞(lao)恩(en)發(fa)現(xian)的(de)就(jiu)是(shi)一(yi)種(zhong)半(ban)導(dao)體(ti)二(er)極(ji)管(guan)。

圖A2.1 貓須檢波器

這就是後來被稱為貓須檢測器
，在1894年被用於微博實驗。1906年，G·W·皮卡德（Picard）申請了矽檢測器專利
，同時亨利·哈裏森·蔡斯·登伍迪（Henry Harrison Chase Dunwoody）申請了碳化矽檢測器專利。由此在晶體管收音機中貓須檢波器被廣泛應用，當時收音機有幾百萬台。

但是到了1920年nian，真zhen空kong二er極ji管guan取qu代dai了le貓mao須xu檢jian波bo器qi。然ran後hou到dao了le第di二er次ci世shi界jie大da戰zhan點dian接jie觸chu半ban導dao體ti二er極ji管guan
，包bao括kuo矽gui二er極ji管guan和he鍺zhe二er極ji管guan在zai微wei波bo雷lei達da信xin號hao檢jian測ce中zhong重zhong新xin獲huo得de新xin生sheng，這zhe是shi由you於yu真zhen空kong二er極ji管guan無wu法fa工gong作zuo在zai這zhe麼me高gao的de頻pin率lv範fan圍wei內nei。

圖2.1 鍺二極管

二(er)戰(zhan)後(hou)，內(nei)部(bu)無(wu)需(xu)進(jin)行(xing)電(dian)接(jie)觸(chu)調(tiao)整(zheng)的(de)鍺(zhe)二(er)極(ji)管(guan)被(bei)大(da)量(liang)生(sheng)產(chan)，檢(jian)波(bo)性(xing)能(neng)被(bei)證(zheng)明(ming)與(yu)硫(liu)化(hua)鉛(qian)一(yi)樣(yang)靈(ling)敏(min)。由(you)於(yu)不(bu)像(xiang)貓(mao)須(xu)檢(jian)波(bo)那(na)樣(yang)必(bi)須(xu)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)，這(zhe)也(ye)就(jiu)開(kai)啟(qi)了(le)用(yong)於(yu)晶(jing)體(ti)管(guan)收(shou)音(yin)機(ji)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)二(er)極(ji)管(guan)應(ying)用(yong)時(shi)代(dai)。

03 水銀電弧整流器

水銀電弧整流器具有嚇人聲響
，詭異的外觀。它是在1902年被皮特·庫珀·翰威特(Peter Cooper Hewitt)發現，又在隨後的20年代
，三十年代被更新。直到1970年，它還是被應用在交流高電壓、大(da)電(dian)流(liu)的(de)整(zheng)流(liu)場(chang)合(he)。它(ta)具(ju)有(you)一(yi)個(ge)存(cun)儲(chu)水(shui)銀(yin)的(de)容(rong)器(qi)，水(shui)銀(yin)被(bei)用(yong)作(zuo)陰(yin)極(ji)。在(zai)容(rong)器(qi)內(nei)還(hai)有(you)一(yi)個(ge)由(you)碳(tan)棒(bang)構(gou)成(cheng)的(de)陽(yang)極(ji)。水(shui)銀(yin)可(ke)以(yi)自(zi)由(you)的(de)發(fa)送(song)電(dian)子(zi)
，但(dan)陽(yang)極(ji)的(de)碳(tan)棒(bang)隻(zhi)能(neng)發(fa)送(song)寥(liao)寥(liao)無(wu)幾(ji)的(de)電(dian)子(zi)。電(dian)弧(hu)激(ji)勵(li)著(zhe)水(shui)銀(yin)池(chi)，將(jiang)水(shui)銀(yin)電(dian)離(li)形(xing)成(cheng)陽(yang)極(ji)與(yu)陰(yin)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)水(shui)銀(yin)蒸(zheng)汽(qi)，建(jian)立(li)了(le)導(dao)電(dian)通(tong)道(dao)。它(ta)被(bei)用(yong)在(zai)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)
、電弧照明，電車驅動，地鐵以及電鍍行業。

圖3.1 汞弧整流器

汞弧整流器在1970年之後就被晶閘管取代。由於晶閘管除了陰極和陽極之外還有一個控製電極
，所以它的原理就不在此處進行闡述了。

04 氧化銅與硒二極管

硒二極管是另外一種很早就被發現，但持續很長時間之後才被應用的二極管。第一個硒二極管是在1886年由C·E·菲茲最先組裝，但直到1930年才得到應用。最終在無線廣播
、大電流充電
、電池以及激光複印領域被廣泛應用。它由帶有硒塗層的鋼片與硒-鎘片交替堆疊，中間形成了鎘-硒層 。這種硒與鎘硒形成了半導體-半導體結。為了能夠扛得住高壓，可以將許多層堆積起來

，幾乎無限製。到了1960年之後
，矽整流器開始取代硒整流器。矽整流器具有更小的前向導通電壓降。

在1961年，IBM公gong司si還hai試shi圖tu使shi用yong硒xi二er極ji管guan搭da建jian計ji算suan機ji中zhong的de邏luo輯ji電dian路lu
，這zhe是shi因yin為wei硒xi材cai料liao比bi較jiao便bian宜yi

，但dan後hou來lai他ta們men驗yan證zheng硒xi二er極ji管guan不bu太tai穩wen定ding，最zui終zhong被bei矽gui二er極ji管guan取qu代dai。

圖4.1 硒二極管與氧化銅二極管

yanghuatongerjiguanjihushiyuxierjiguantongshibeifamingde，yongtuyexiangjin。qizhongzaitongpianshangdeyanghuatongyutongjidigouchenglebandaoticeng。leisiyuxierjiguan，yanghuatongcengyekeyibeiduijicongerkeyirenshouzhugaodefanxiangdianya。yanghuatongyezuizhongbaituobulebeiguierjiguanqudaidemingyun。

05 肖特基二極管

很hen難nan說shuo的de情qing況kuang肖xiao特te基ji二er極ji管guan是shi誰shui最zui先xian發fa明ming的de，因yin為wei貓mao須xu二er極ji管guan本ben質zhi上shang也ye是shi肖xiao特te基ji二er極ji管guan。肖xiao特te基ji二er極ji管guan是shi在zai中zhong度du摻chan雜za的de半ban導dao體ti材cai料liao上shang與yu金jin屬shu融rong合he而er形xing成cheng的de。貓mao須xu二er極ji管guan與yu此ci類lei似si。肖xiao特te基ji二er極ji管guan的de命ming名ming來lai自zi於yu德de國guo物wu理li學xue家jia沃wo爾er特te·H·肖特基（Walter.H.Schotty），他研究了金屬-半導體結的物理現象。

06 DNA納米二極管

下麵讓我們討論一段近期有趣的二極管來結束關於二極管的前世今生的討論。在201年四月公布在自然化學期刊上的一篇文章
，來自喬治亞與本·古裏安大學的研究人員報道了他們通過DNA製作的二極管。將兩段甲氧檗因分子鏈插在11一個堿基對構成的DNA雙螺旋分子上的定地點。在兩個電極上施加1.1V電壓，可以發現一個方向流過的電流是另外一個方向的15倍bei。這zhe對dui製zhi作zuo分fen子zi層ceng麵mian的de電dian子zi器qi件jian具ju有you重zhong要yao的de影ying響xiang，正zheng如ru我wo們men前qian麵mian看kan到dao，一yi個ge新xin的de發fa現xian往wang往wang要yao經jing曆li一yi段duan時shi間jian之zhi後hou才cai能neng找zhao到dao實shi際ji用yong途tu。我wo們men也ye知zhi道dao
，這zhe個ge延yan遲chi值zhi得de期qi待dai。

圖6.1 DAN納米二極管

參考資料

[1] HISTORY OF THE DIODE:

https://hackaday.com/2016/08/15/history-of-the-diode/

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