【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

renleideyiciouranguanyuredianzifashexianxiangdefaxian，daozhileruogannianhoudezhenkongdianziguandechuxian。suoweideredianzifashe
，jiandanjiangjiushiyigejiaredejinshu
，huozhereyuanwaibubaoguodejinshu，biaomianhuifashedianzi。

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1880nianyedulifaxianleredianzifashexiaoying，dangshitazhengzaijiejuedengpaoneitansudengsiweihezongshizaizhengdianjichurongyibeishaoduandewenti。tazhizuoleyigeteshudechouzhenkongdedengpao
，zaidengsilianjiezhengdianjichuzengjiayigejinshupianbingjulidengsihenjin
，tafaxianyigukanbujiandedianliucongdengsiliuxiangjinshupian。yinciredianzifasheyebeichengweiaidishengxiaoying。

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”，對dui應ying的de摩mo斯si電dian報bao碼ma是shi三san個ge點dian。但dan將jiang傳chuan送song信xin號hao層ceng是shi背bei景jing噪zao聲sheng中zhong分fen離li出chu來lai相xiang當dang困kun難nan，所suo以yi當dang時shi那na次ci展zhan示shi受shou到dao了le爭zheng議yi。這zhe使shi得de弗fu拉la明ming認ren識shi的de需xu要yao尋xun找zhao一yi種zhong比bi粉fen末mo檢jian波bo器qi（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40年(nian)代(dai)

，在(zai)電(dian)力(li)行(xing)業(ye)中(zhong)應(ying)用(yong)的(de)真(zhen)空(kong)管(guan)逐(zhu)漸(jian)被(bei)硒(xi)二(er)極(ji)管(guan)替(ti)代(dai)，到(dao)了(le)六(liu)十(shi)年(nian)代(dai)
，半(ban)導(dao)體(ti)二(er)極(ji)管(guan)成(cheng)為(wei)主(zhu)角(jiao)。如(ru)今(jin)，真(zhen)空(kong)二(er)極(ji)管(guan)仍(reng)然(ran)在(zai)高(gao)功(gong)率(lv)場(chang)合(he)被(bei)應(ying)用(yong)。如(ru)今(jin)，隨(sui)著(zhe)複(fu)古(gu)高(gao)級(ji)音(yin)響(xiang)愛(ai)好(hao)者(zhe)的(de)推(tui)波(bo)助(zhu)瀾(lan)，以(yi)及(ji)錄(lu)音(yin)室(shi)中(zhong)應(ying)用(yong)興(xing)起(qi)
，真(zhen)空(kong)管(guan)又(you)迎(ying)來(lai)了(le)它(ta)的(de)高(gao)光(guang)時(shi)刻(ke)。

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

氧(yang)化(hua)銅(tong)二(er)極(ji)管(guan)幾(ji)乎(hu)是(shi)與(yu)硒(xi)二(er)極(ji)管(guan)同(tong)時(shi)被(bei)發(fa)明(ming)的(de)
，用(yong)途(tu)也(ye)相(xiang)近(jin)。其(qi)中(zhong)在(zai)銅(tong)片(pian)上(shang)的(de)氧(yang)化(hua)銅(tong)與(yu)銅(tong)基(ji)地(di)構(gou)成(cheng)了(le)半(ban)導(dao)體(ti)層(ceng)。類(lei)似(si)於(yu)硒(xi)二(er)極(ji)管(guan)，氧(yang)化(hua)銅(tong)層(ceng)也(ye)可(ke)以(yi)被(bei)堆(dui)積(ji)從(cong)而(er)可(ke)以(yi)忍(ren)受(shou)住(zhu)高(gao)的(de)反(fan)向(xiang)電(dian)壓(ya)。氧(yang)化(hua)銅(tong)也(ye)最(zui)終(zhong)擺(bai)脫(tuo)不(bu)了(le)被(bei)矽(gui)二(er)極(ji)管(guan)取(qu)代(dai)的(de)命(ming)運(yun)。

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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