ใบความรู้ สารกึ่งตัวนำและไดโอด-

สารกง่ึ ตัวนำและไดโอด

เนอื้ หาสาระการสอน/การเรยี นรู้

1.1บทนำ

สารก่ึงตัวนำ (Semi-conductor) หมายถึง ธาตหุ รอื สสารที่มคี ุณสมบัตทิ างไฟฟา้ อยู่ระหวา่ งความเป็น
ตัวนำไฟฟ้า (Conductor) และฉนวนไฟฟ้า (Insulator) นิยมนำมาใช้ในการสร้างอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์
เช่น ไดโอดชนิดรอยต่อ P-N ทรานซิสเตอร์ เฟต เป็นต้น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่นำมาจากสารกึ่งตัวนำจะมี
ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา ใช้กำลังไฟฟ้าน้อย ไม่มีส่วนที่เป็นหน้าสัมผัส (Contact) ทนต่อแรงสั่นสะเทือน ตลอด
ถึงยังมีอายุการใช้งานยาวนาน ดังนั้นเราจึงเรียกอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำในภาพรวมว่า
“โซลดิ สเตต” (Solid-State)

1.2โครงสร้างพื้นฐานทางอะตอมของสารก่งึ ตัวนำ

โดยท่ัวไปแลว้ สสารสามารถแบง่ คณุ สมบัติทางไฟฟา้ ออกได้ 3 ประเภทใหญ่ คือ
สารตัวนำไฟฟ้า หมายถึง ธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน จำนวน 1-3 ตัว ได้แก่ เงิน ทองคำ ทองแดง
อะลูมเิ นยี ม เหล็ก สังกะสี ฯลฯ
สารกึ่งตัวนำไฟฟ้า หมายถึง ธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอนจำนวน 4 ตัว ที่พบโดยทั่วไปได้แก่ ซิลิกอน
เจอรเ์ มเนยี ม ซึ่งเปน็ ทีน่ ยิ มนำมาใช้งานทางอเิ ล็กทรอนกิ ส์ เช่น นำมาสร้างเปน็ ไดโอด ทรานซสิ เตอร์
สารฉนวนไฟฟ้า หมายถึง ธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอนจำนวน 5-8 ตัว ได้แก่ วัสดุจำพวก ไมกา แก้ว
พลาสติก ไมแ้ ห้ง ฯลฯ
ในท่นี ี้จะขอกล่าวถึงเฉพาะสารกึ่งตวั นำ
สสารในธรรมชาติโดยทั่วไปประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ ที่เรียกว่าอะตอม (Atom) และในโครงสร้าง
ของอะตอมโดยทั่วไป ประกอบด้วยนิวเคลียส (Nucleus) หรือแกนกลาง และอิเล็กตรอน (Electron) โดย
ภายในนิวเคลียสจะมนี วิ ตรอน (Neutron) ซ่งึ มีอนภุ าคทางไฟฟ้าเป็นกลาง และโปรตอน (Proton) ซึ่งมีอนภุ าค
ทางไฟฟ้าเป็นประจุไฟฟ้าบวกอยู่รวมกันในโปรตอนหนึ่งตัวจะมีค่าประจุไฟฟ้าเท่ากับอิเล็กตรอน คือ 1.6 
10-19 คูลอมป์ (Coulomb) ส่วนของอิเล็กตรอนซึ่งมีอนุภาคทางไฟฟ้าเป็นประจุไฟฟ้าลบจะวิ่งวนอยู่รอบๆ
นิวเคลียส

ดงั แสดงในรปู ท่ี 1.1

อะตอมของสารกงึ่ ตัวนำก็เชน่ เดยี วกนั จะประกอบดว้ ยนวิ เคลยี สที่มีอเิ ล็กตรอนวิง่ วนอยู่รอบนิวเคลียส
นั้น ด้วยเหตุที่สสารทุกชนิดจะต้องประกอบขึ้นด้วยอะตอมจำนวนมากมาย และอะตอมเหล่านี้จะถูกแบ่ง
สร้างขึ้น หรือทำให้สูญเสียไปไม่ได้ ชนิดของอะตอมจึงขึ้นอยู่กับชนิดของธาตุ ซึ่งอะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน
จะมีคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และมีมวลเหมือนกัน อะตอมของธาตุสองชนิดขึ้นไปถ้ารวมตัวกันทางเคมี
ในจำนวนอะตอมที่แน่นอนแลว้ จะได้สง่ิ ทเ่ี กิดขน้ึ ใหม่ เรียกวา่ “สารประกอบ” (Compound)

1.3วงโคจรอเิ ล็กตรอน

จำนวนของอิเล็กตรอนที่ว่ิงหรือโคจรอย่รู อบๆ นิวเคลยี ส จะโคจรเป็นวงๆ (Shell) ซึ่งในแต่ละวงโคจร
จะมีจำนวนอิเล็กตรอนไม่เท่ากัน เราสามารถหาจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละวงโคจรได้จากสูตร 2n2
ทง้ั นอี้ ิเลก็ ตรอนแต่ละตวั จะมรี ะดบั พลังงานที่เกิดขนึ้ ขึน้ อยกู่ ับคา่ n ซง่ึ n จะเป็นตวั เลขทบ่ี อกถึงลำดับวงโคจร
แต่ละวง ท่ีจะทำให้เราสามารถหาจำนวนอเิ ล็กตรอนในแตล่ ะวงโคจรได้ดงั นี้

วง K จะมคี า่ n = 1 จำนวนอิเล็กตรอนสูงสดุ ในวง K เท่ากับ 2n2 = 2(1)2 = 2 ตวั
วง L จะมีค่า n = 2 จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในวง L เท่ากับ 2n2 = 2(2)2 = 8 ตวั
วง M จะมคี า่ n = 3 จำนวนอิเล็กตรอนสงู สุดในวง M เท่ากบั 2n2 = 2(3)2 = 18 ตวั
ในการคำนวณจำนวนอิเล็กตรอนในวงต่อๆ ไป ก็จะหาได้เช่นเดียวกับการใช้สูตรตามที่หาในวง
ดงั กล่าวข้างตน้ เพียงแตจ่ ะต้องใชค้ า่ n ตามค่า n ของวงน้นั ๆ คอื ในวง N จะมคี า่ n = 4 วง O มคี า่ n = 5 วง
P มคี า่ n = 6 และวง Q มีคา่ n = 7

ดังแสดงในรปู ที่ 1.2

อิเลก็ ตรอนในวง k แม้จะมเี พยี งแค่ 2 ตัว แต่อยู่วงในสดุ ดังนัน้ การท่ีจะดงึ เอาอเิ ล็กตรอนวง K ออกมา
ใชง้ าน จะต้องใช้พลงั งานมากท่ีสุด การจะนำอิเล็กตรอนมาใช้งานจึงจำเปน็ ต้องดงึ อิเล็กตรอนจากวงโคจรนอก
สุดมาใช้ โดยอิเล็กตรอนวงโคจรนอกสดุ จะมีได้ไม่เกิน 8 ตัว เราเรียกอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่วงนอกสดุ นี้วา่ “วา
เลนซ์อิเล็กตรอน” (Valence electron) สำหรับอิเล็กตรอนท้ังหมด 14 ตัว เจอร์เมเนียม (Germanium) มี
จำนวนอเิ ล็กตรอนท้ังหมด 32 ตวั เราสามารถพิจารณาวงโคจรอิเล็กตรอนของซิลิกอนและเจอร์เมเนียมในแต่
ละวงโคจรได้ดังรปู ที่ 1.3

1.4สารกึง่ ตวั นำบริสุทธิ์

สารกง่ึ ตวั นำบริสุทธิ์ คอื สารหรือธาตุท่ีไม่ได้มีการเติมสารเจือปน (Doping) ใดๆ ลงไป สารก่ึงตัวนำที่
นิยมใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ทำมาจากซิลิกอน เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ไอซี ซึ่งใน
ความเป็นจริงแล้วธาตุหรือสารแต่ละชนิดจะมีจำนวนอะตอมยึดติดกันอยู่เป็นจำนวนมากมายมหาศาล การท่ี
มันยดึ ติดกันได้ก็คือจะยึดติดกนั เป็นผลึก (Crystal) โดยการแชร์ (Share) หรอื เป็นการใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุด
ร่วมกนั เพอ่ื ท่ีจำทำให้มีจำนวนอิเล็กตรอนวงนอกสดุ ครบ 8 ตัว อันจะทำให้อะตอมมเี สถยี รภาพ การยึดกันเป็น
ผลึกของอะตอมถูกเรียกว่า “พันธะโควาเลนซ์” (Covalence bond) จากการที่ซิลิกอนมีจำนวนอิเล็กตรอน
ทั้งหมด 14 ตัว และเจอร์เมเนียม มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด 32 ตัว ทำให้มันมีอิเล็กตรอนที่วงโคจรนอกสุด
4 ตัว เหมือนกัน อันเป็นคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำ ซึ่งโอยปกติแล้ว อะตอมของสารกึ่งตัวนำซิลิกอนและ
เจอร์เมเนียมท่ีบรสิ ุทธ์ิจะยึดกันเปน็ ผลกึ และใช้อเิ ลก็ ตรอนวงนอกสุดร่วมกัน ดังแสดงในรูปท่ี 1.4

จากรูปที่ 1.4 ก) เป็นการแสดงการยึดกันของอะตอมแต่ละอะตอมจำนวนมากมายมหาศาล ที่ยึด
เหนี่ยวกันอย่างหนาแน่นในลักษณะเป็นผลึก และเมื่อพิจารณาต่อไปในรูปที่ 1.4 ข) จะเห็นว่าเมื่อแยกแต่ละ
อะตอมมาพิจารณา อิเล็กตรอนในแต่ละอะตอมที่อยู่วงโคจรนอกสุด จะใช้อิเล็กตรอนร่วมกันจนดูเสมือนว่ามี
อิเล็กตรอนวงโคจรนอกสุดครบ 8 ตัว สภาวะนี้บ่งบอกได้ว่าสารกึ่งตัวนำซิลิกอนหรือเจอร์เมเนียม ยังเป็นสาร
กง่ึ ตวั นำบรสิ ุทธอิ์ ยแู่ ละมีคณุ สมบัตกิ ารเปน็ ตัวนำไฟฟ้าทไี่ มด่ ี

1.5สารกึ่งตัวนำไม่บรสิ ทุ ธ์ิ

สารกึ่งตัวนำไม่บริสทุ ธ์ิ คือ ซลิ ิกอนหรือเจอร์เมเนยี มทีผ่ ่านการโด๊ป ซ่ึงกค็ อื การเติมอะตอมของสารเจือ
ปน (Impurity) บางอย่างลงไป โดยเราจะทำการเลือกอะตอมของสารเจือปนที่มีจำนวนวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3
หรือ 5 ตัว เติมลงในสารกึ่งตัวนำดว้ ยอัตราส่วน 108 : 1 (สารกึ่งตัวนำ 108 ส่วน สารเจือปน 1 ส่วน) จะทำให้
ได้สารกึง่ ตวั นำใหมข่ ึ้นมาเป็นสารก่ึงตวั นำชนิด N และสารกงึ่ ตวั นำชนิด P

1.5.1 สารกงึ่ ตวั นำชนิด N (N – type semi-conductor)
สารกึ่งตัวนำชนิด N เกิดจากการเติมอะตอมของสารเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว เชน่

ฟอสฟอรัส (Phosphorus, P) สารหนู (Arsenic, As) พลวง (Antimony) อย่างใดอย่างหนึ่งลงไปในซิลิกอน
หรอื เจอร์เมเนียม

จากรูปที่ 1.5 จะเห็นได้ว่า เมื่อเราทำการเติมอะตอมของสารหนูลงในสารซลิ ิกอนจะทำให้มีวา
เลนซ์อิเล็กตรอนอีก 1 ตัว ที่ไม่สามารถจับตัวกับอะตอมข้างเคียงได้ เรียกอิเล็กตรอนตัวที่เกินมา 1 ตัวนี้ว่า
“อิเล็กตรอนอิสระ” (Free electron) ซึ่งมันจะทำการแสดงประจุไฟฟ้าลบออกมา ดังนั้นสารกึ่งตัวนำชนิด N
จงึ มีอิเล็กตรอนเปน็ พาหะข้างมาก (Majority carriers) และมีโปรตอนเป็นพาหะข้างน้อย (Minority carriers)

1.5.2 สารก่ึงตวั นำชนดิ P (P – type semi-conductor)
สารก่ึงตัวนำชนิด P เกิดจากการเติมอะตอมของสารเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว เช่น

โยรอน (Boron, B) อะลูมิเนียม (Aluminum, Al) แกลเลียม (Gallium, Ga) อินเดียม (Indium, In) อย่างใด
อย่างหนง่ึ ลงในซลิ กิ อนหรือเจอร์เมเนียม

จากรูปที่ 1.6 เมื่อเราทำการเติมอะตอมของสารโบรอนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว ลงใน
สารซิลิกอน จะเป็นผลทำให้ได้วาเลนซ์อิเล็กตรอนของสารซิลิกอนไม่ครบ 8 ตัว ขาดไป 1 ตัว ส่วนที่ขาด
อเิ ล็กตรอนนจ้ี ะเป็นพ้นื ท่ีว่าง เรยี กวา่ โฮล (Hole) หมายถึง หลมุ หรือรู โดยโฮลน้สี ามารถจะรับอเิ ล็กตรอนตัว
ที่อยู่ใกล้เคียงที่ได้รับพลังงานเพียงพอให้เข้ามาอยู่แทนที่โฮลได้ ดังนั้นสารกึ่งตัวนำชนิด P จึงมีโฮลเป็นพาหะ
ข้างมากและมีอเิ ลก็ ตรอนเป็นพาหะข้างมาก

1.6ไดโอด

ไดโอด จัดเปน็ สิง่ ประดษิ ฐ์ทางอิเล็กทรอนกิ ส์ทที่ ำมาจากสารกงึ่ ตัวนำจำพวกซลิ ิกอน หรือเจอรเ์ มเนียม
อย่างใดอย่างหนึ่ง เช่น ถ้าเป็นสารกง่ึ ตัวนำซลิ ิกอน กจ็ ะนำเอาสารก่ึงตวั นำซลิ ิกอนชนิด P และ N มาต่อชนกัน
โดยจะใช้วิธีการปลูกผลึกหรือวิธีการแพร่สารเจือปนลงไปในแท่งสารกึง่ ตัวนำบริสุทธิ์ ให้ด้านหนึง่ เป็นสารชนดิ
P และอีกด้านหนึ่งเป็นสารชนิด N สิ่งที่ได้จะกลายเป็นอุปกรณ์ที่เรียกว่า ไดโอดชนิดรอยต่อ P-N (P – N
junction diode) คุณสมบัติที่ได้ของไดโอดก็คือมันจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวมันได้เพียงทิศทางเดียว
ท้ังนีข้ ึ้นอยูก่ บั ลักษณะการจดั ไบแอสใหแ้ กต่ วั มัน

รูปที่ 1.7 เป็นโครงสร้างของไดโอดชนิดรอยต่อ P – N จากการที่สารกึ่งตัวนำชนิด P มีโฮลเป็นพาหะ
ข้างมาก (Majority carrier) และในขณะเดียวกันก็มีอิเล็กตรอนอิสระ (Free electron) เป็นพาหะข้างน้อย
(Minority carrier) ซึ่งโดยปกติแล้วโฮลเป็นเพียงพื้นที่ว่างในสารชนิด P แต่มันสามารถรับอิเล็กตรอนอิสระท่ี
อย่ใู กล้เข้ามาแทนที่ตัวมันได้ เราจงึ เปรียบเทียบโฮลเสมือนเปน็ ประจุไฟฟ้าบวกซึ่งความจริงไม่ใช่ ขณะเดียวกัน
ที่สารกง่ึ ตวั นำชนิด N จะมอี ิเล็กตรอนอิสระเป็นพาหะข้างมาก และมโี ฮลเปน็ พาหะข้างน้อยน่ันคือสารก่ึงตัวนำ
ด้าน N จะมีอิเล็กตรอนอิสระมากกว่าโฮล เมื่อนำสาร P และ N มาต่อกันจะทำให้ได้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่
เรียกวา่ “ไดโอด” (Diode) โดยมีสญั ลักษณด์ งั รปู ที่ 1.8

จากรูปที่ 1. 8 เป็นสัญลักษณ์ของไดโอด จะเห็นได้ว่ามีขาสำหรับต่อใช้งาน 2 ขา ขาที่อยู่ด้านสารกึ่ง
ตวั นำชนดิ P เรียกว่า แอโนด (Anode; A) และขาทอี่ ยดู่ า้ นสารก่ึงตวั นำชนิด N เรยี กว่า แคโถด (Cathode; K)

1.7 การไบแอสไดโอด

การจำนะไดโอดไปใช้งานนั้น จะต้องต่อแหล่งจ่ายไฟให้กับไดโอด เรียกว่า การไบแอส (Bias) ซึ่งการ
ไบแอสจะมี 2 ลักษณะ คอื การไบแอสตรง (Forward bias) และการไบแอสกลับ (Reverse bias)

1.7.1 การไบแอสตรง (Forward bias)

พิจารณารูปที่ 1.9 เป็นการไบแอสตรงให้แก่ไดโอด คือ การต่อวงจรไดโอดให้ด้านสารกึ่งตัวนำ
ชนดิ P หรอื ขั้วแอโนด ต่อเข้ากบั ข้วั บวกของแหลง่ จ่ายเทียบกับด้านสารกง่ึ ตัวนำชนดิ N หรือขั้วแคโถด เป็นผล
ให้ขั้วไฟลบของแหล่งจ่ายไปผลักอิเล็กตรอนอิสระในสารกึ่งตัวนำชนิด N ให้วิ่งข้ามรอยต่อเข้าไปรวมกับโฮ
ลด้านสารกึ่งตัวนำชนิด P ขณะเดียวขั้วไฟบวกที่สารชนิด P ก็จะดึงอิเล็กตรอนให้เคลื่อนที่เข้ามาหา เม่ือ
อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้ามามันก็จะทิ้งพื้นที่ว่างหรือหลุมไว้ จึงเสมือนว่าเกิดการเคลื่อนที่ของโฮลสวนทางกับ
อเิ ล็กตรอนลักษณะน้เี รยี กวา่ เกดิ การไหลของกระแสในวงจรขณะไบแอสตรง (IF) ซ่ึงในขณะนีจ้ ะมีแรงดนั ไฟฟ้า
ตกครอ่ มทข่ี า A – K ของเยอรมนั เนยี มไดโอดประมาณ 0.2 V และสำหรบั ซลิ กิ อนไดโอด จะมีค่าประมาณ 0.6
V ดังแสดงในรูปท่ี 1.10

จากรปู ท่ี 1.10 จะเห็นวา่ พาหะหรือประจุข้างมากที่มีอยู่ในสารกึ่งตวั นำชนิด P คือโฮล และใน
สารกึ่งตัวนำชนิด N คืออิเล็กตรอนอิสระ เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิด P และ N มาต่อชนกัน อิเล็กตรอนอิสระใน
สารกึ่งตัวนำชนิด N จะเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อไปยังสารกึ่งตัวนำชนิด N ลักษณะเช่นนี้เรียกว่าเกิดการแพร่
(Diffusion) ซ่ึงมนั จะเกดิ ขน้ึ ไปจนกระทั่งรอยต่อด้านสารกง่ึ ตัวนำชนดิ P มกี ารสะสมอเิ ล็กตรอนมากข้ึน

จนถึงขั้นมากพอที่จะผลักอิเล็กตรอนตัวอื่นไม่ใหข้ ้ามรอยต่ออีกต่อไป โฮลก็จะหยุดการเคลื่อนที่ไปด้วย ดังนั้น
ที่ตรงบริเวณรอยต่อจะเกิดสนามไฟฟ้าเล็กๆ ขึ้นมาคอยขัดขวางการเคลื่อนที่ของโฮลและอิเล็กตรอน เรียก
รอยต่อช่วงนีว้ ่า Depletion region หรอื Potential junction เมือ่ ทำการต่อขัว้ บวกของแบตเตอร่ีเข้ากับสาร
กึ่งตัวนำชนิด P และตอ่ ขั้วลบเข้ากับสารกง่ึ ตวั นำชนดิ N ซึง่ เป็นลักษณะการใหไ้ บแอสตรง ถา้ แรงเคลื่อนไฟฟ้า
ท่แี บตเตอร่ีมีคา่ มากกวา่ ค่าท่ี Potential junction กระแสไฟฟา้ จะสามารถไหลผ่านรอยตอ่ P-N ไปได้ โดยคา่
ของประจุบวกจากแบตเตอรีจ่ ะผลักดนั โฮลให้เคลือ่ นที่ไปทางดา้ นสารกึง่ ตัวนำชนิด N ในขณะเดียวกันที่ประจุ
ลบจากแบตเตอรี่ ก็จะผลกั ดนั อิเล็กตรอนอสิ ระให้เคล่ือนท่ีไปยังด้านสารกึ่งตวั นำชนิด P เช่นกัน ผลที่เกิดข้ึนก็
คือช่องว่างระหว่างรอยต่อ P – N จะแคบลง เรียกว่าเกิดการ Recombination การเคลื่อนที่ของโฮลและ
อิเล็กตรอนอิสระในลักษณะนี้คือการแลกเปลี่ยนประจุระหว่างกันอิเล็กตรอนจะวิ่งต่อไปยังขั้วบวกของ
แบตเตอรี่และโฮลก็จะเคลื่อนที่ไปหาขั้วลบของแบตเตอรี่เช่นกัน เรียกการไหลของกระแสแบบนี้ว่า การไหล
สองทศิ ทาง (Bi-polar)

1.7.2 การไบแอสกลบั (Reverse bias)

พิจารณารูปที่ 1.11 เป็นการให้ไบแอสกลับแก่ไดโอด เป็นการต่อแหล่งจ่ายด้านไฟบวกเข้ากับ
สารกง่ึ ตัวนำชนดิ N หรอื ขวั้ แคโถด เทียบกับสารก่ึงตวั นำชนดิ P หรือดา้ นแอโนด ลกั ษณะเช่นนี้ ศักย์ไฟบวกที่
ขั้วแคโถดจะดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระให้ห่างรอยต่อส่วนศักย์ไฟลบที่ขั้วแอโนดจะเสมือนดึงโฮลให้ออกห่างจาก
รอยตอ่ เชน่ กนั ทำใหบ้ รเิ วณรอยต่อมีพ้นื ทกี่ วา้ งมากข้ึน อิเลก็ ตรอนไมส่ ามารถวงิ่ ข้ามรอยต่อไปได้

กระแสไฟฟ้าจึงไม่สามารถวิ่งผ่านไดโอดเพื่อครบวงจรได้ อย่างไรก็ตามจะมีกระแสค่าเล็ก ๆ ในช่วงนาโน
แอมแปร์ (nA) ไหลผา่ นขา้ มรอยตอ่ ได้บา้ งเพียงเลก็ น้อย เรียกกระแสน้วี า่ “กระแสรัว่ ไหล”(Leakage current)
ซ่ึงโดยปกติแล้วคา่ กระแสรัว่ ไหลของเยอรมันเนยี มไดโอดจะมีมากกว่าซิลกิ อนไดโอด

จากรูปที่ 1.12 เมื่อต่อขั้วบวกของแบตเตอรี่เข้ากับสารกึ่งตัวนำชนิด N และต่อขั้วลบของ
แบตเตอรี่เข้ากับสารกึ่งตัวนำชนิด P จะทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ไปเสริมกับค่า Potential
junction ส่งผลให้ช่วงของ Dleplition region ขยายกว้างมากขึ้นอิเล็กตรอนอิสระจึงไม่สามารถข้ามรอยต่อ
ไปทางด้านสารกึ่งตัวนำชนดิ P ได้ ในขณะที่โฮลก็จะไม่สามารถข้ามรอยต่อจากด้านสารกึ่งตัวนำชนิด P ไปยัง
ด้านสารกึ่งตัวนำชนิด N ได้เช่นกัน เมื่อพิจารณาขั้วบวกของแบตเตอรี่ที่ต่ออยู่ที่ด้านสารกึ่งตัวนำชนิด N ที่มี
อเิ ล็กตรอนอสิ ระเปน็ พาหะหรือประจุข้างมาก ลกั ษณะเช่นน้อี เิ ลก็ ตรอนอิสระจะถูกดึงออกจากรอยต่อตามแรง
ดึงของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ขั้วบวกของแบตเตอรี่ ทำนองเดียวกัน โฮลก็จะเคลื่อนที่ออกจากรอยต่อ ตามแรงดึง
ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ขั้วลบของแบตเตอรี่เช่นกัน ส่งผลให้ช่องว่างระหว่างรอยต่อ P-N กว้างมากขึ้น
กระแสไฟฟ้าจึงไม่สามารถผ่านรอยต่อเข้าหากันได้เลย จะมีก็แต่เพียงกระแสรั่วไหล (Leakage current,)
ซ่งึ มีค่าน้อยมาก ๆ ไม่สามารถนำไปใชง้ านได้เทา่ น้นั ที่ไหลผา่ น

1.8คุณลักษณะของไดโอด

จากลักษณะสมบัติของไดโอดในรูปที่ 1.13 จะเห็นได้ว่า เมื่อไดโอดได้รับการไบแอสตรงในช่วงแรกที่
ค่าแรงดันไบแอสตรง (VF) มคี า่ สูงขึน้ นนั้ ไดโอดจะเริ่มนำกระแสไดอ้ ย่างเตม็ ที่เมื่อแรงดันตกคร่อมท่ตี ัวมัน มีคา่
ถึงค่าแรงดันหนึ่งซึ่งเรียกว่า “แรงดันคัตอิน” (Cut – in voltage) ซึ่งค่าแรงดันคัตอินของเจอร์เมเนียมไดโอด
อยู่ที่ประมาณ 0.2 V และซิลิกอนไดโอดจะอยู่ที่ประมาณ 0.6 V ช่วงนี้แรงดันตกคร่อมไดโอด (VAK)
จะค่อนข้างคงที่ที่ค่าแรงดันคัตอิน แรงดันส่วนใหญ่จะไปตกคร่อมโหลดตัวต้านทาน (R) จึงเปรียบสภาวะการ
นำกระแสของไดโอดขณะนี้ เหมือนไดโอดทำหน้าที่เป็นสวิตช์ตอ่ วงจรต่อไปถ้าให้ไบแอสกลับแก่ไดโอด ไดโอด
จะไม่สามารถนำกระแสได้ แต่อาจมีกระแสรั่วไหลเล็ก ๆ ไหลผ่านรอยต่อไดโอดซึ่งไม่สามารถนำมาใช้งานได้
แต่ถ้าเพิ่มแรงดันที่แหล่งจ่าย (Es) ไปจนถึงค่าค่าหนึ่ง เรียกว่า “แรงดันพังทลาย” (Breakdown voltage)
ไดโอดจะนำกระแสได้เนอ่ื งจากรอยต่อ P – N ของไดโอดทะลุ สภาวะเชน่ นจ้ี ะทำใหไ้ ดโอดไดร้ บั ความเสียหาย

1.9การตรวจสอบไดโอดด้วยมัลตมิ ิเตอร์

กรณีตรวจสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์แบบอนาล็อก (Analog) กระทำได้โดยตั้งย่านวัดค่าความ
ต้านทานที่ย่านวดั R  10 แล้ววัดความต้านทานไดโอดแบบไบแอสตรง โดยการให้ขั้วบวกของมัลติมิเตอร์ต่อ
เข้ากับขาแอโนดและขั้วลบต่อเข้ากับขาแคโถด (มิเตอร์ตระกูลญี่ปุ่นเมื่อวัดที่ย่านวัดความต้านทานขั้วบวกท่ี
แสดงไว้ที่ตัวมิเตอร์จะกลายเป็นขั้วลบ และส่วนขั้วลบที่ตัวมิเตอร์จะเป็นขั้วบวกของแหล่งจ่ายภายใน) โอห์ม
มเิ ตอร์จะแสดงค่าประมาณ 70 

ขั้นต่อมาปรับย่านวัดไปที่ย่าน R  10k วัดความต้านทางไดโอดแบบไบแอสกลับ โดยให้ขั้วบวกของ
มิเตอร์ต่อเข้ากับขั้วแคโถดและขั้วลบต่อเข้ากับแอโนด ซึ่งเข็มชี้ของมิเตอร์จะแสดงค่าอินฟินิตี้ สำหรับไดโอด
ซิลกิ อน และแสดงคา่ ประมาณ 500 k สำหรบั ไดโอดเจอร์เมเนยี ม

แตถ่ า้ วัดแลว้ ไมเ่ ป็นไปดังทีก่ ลา่ วมาข้างต้นใหพ้ ิจารณาผลการตรวจสอบได้ 3 ลกั ษณะ ดงั น้ี
1. ไดโอดขาด (Open) ไมว่ า่ จะวัดไบแอสตรงหรือไบแอสกลับเขม็ มเิ ตอร์จะไมก่ ระดิกเลย
2. ไดโอดลัดวงจร (Short) เข็มมิเตอร์จะกระดิกชี้ค่าเท่ากนั สองครั้ง ทั้งในขณะทำการวัดแบบไบแอส
ตรงและไบแอสกลับ
3. ไดโอดร่ัวไหล (Leakage) จะพจิ ารณาขณะทำการวัดค่าความตา้ นทานไดโอดท่ีดา้ นไบแอสกลบั ถ้า
เป็นซิลิกอนไดโอดเข็มชี้จะแสดงค่าอินฟินิตี้ (เข็มไม่กระดิก) แต่ถ้าเป็นเจอร์เมเนียมไดโอดเข็มชี้จะแสดงค่า

ความต้านทานที่ประมาณ 400 k - 500 k นั่นคือเจอร์เมเนียมไดโอดจะมีค่ากระแสรั่วไหลมากกว่า
ซิลิกอนไดโอด