Was sind die Eigenschaften einer Diode?

Was sind die Eigenschaften einer Diode?

Diode-Definition

Wir verwenden Halbleitermaterialien (Si, Ge), um verschiedene elektronische Bauteile herzustellen. Das grundlegendste Bauteil ist die Diode. Eine Diode ist ein zweipoliges PN-Übergangsglied. Der PN-Übergang entsteht, indem ein P-Typ-Material mit einem N-Typ-Material in Kontakt gebracht wird. Wenn ein P-Typ-Material mit einem N-Typ-Material in Kontakt gebracht wird, beginnen Elektronen und Löcher in der Nähe des Übergangs zu rekombinieren. Dies führt zu einem Mangel an Ladungsträgern am Übergang, weshalb dieser Bereich als Depletionsschicht bezeichnet wird. Wenn wir eine Spannung über die Anschlüsse des PN-Übergangs anlegen, nennen wir dies eine Diode. Das folgende Bild zeigt das Symbol für eine PN-Diode.

Eine Diode ist ein einseitig leitendes Gerät, das den Strom nur in eine Richtung fließen lässt, abhängig von der Art der Vorspannung.

Vorspannung

Wenn der P-Anschluss an das positive Ende der Batterie und der N-Anschluss an das negative Ende angeschlossen wird, ist die Diode vorgespannt.

Bei Vorspannung stößt die positive Batteriepolung die Löcher im P-Bereich ab und die negative Polung stößt die Elektronen im N-Bereich ab, sodass sie sich dem Übergang nähern. Dies erhöht die Konzentration der Ladungsträger in der Nähe des Übergangs, was zur Rekombination und zur Verringerung der Breite der Depletionsschicht führt. Je höher die Vorspannung, desto weiter verengt sich die Depletionsschicht, und der Strom steigt exponentiell.

Rückspannung

Bei Rückspannung wird der P-Anschluss an das negative Ende der Batterie und der N-Anschluss an das positive Ende angeschlossen. Die angewandte Spannung macht die N-Seite positiver als die P-Seite.

Die negative Batteriepolung zieht die Mehrheitsladungsträger, Löcher, im P-Bereich an, und die positive Polung zieht die Elektronen im N-Bereich an und zieht sie vom Übergang weg. Dies führt zu einer Verringerung der Konzentration der Ladungsträger in der Nähe des Übergangs und zu einer Erhöhung der Breite der Depletionsschicht. Ein kleiner Strom fließt aufgrund der Minderheitsladungsträger, genannt Rückspannungsstrom oder Leckstrom. Je höher die Rückspannung, desto weiter erhöht sich die Breite der Depletionsschicht, und es fließt kein Strom. Es kann also geschlussfolgert werden, dass die Diode nur bei Vorspannung wirkt. Das Verhalten der Diode kann in Form eines I-V-Diodencharakteristikendiagramms zusammengefasst werden.

Wenn die Rückspannung weiter erhöht wird, nimmt die Breite der Depletionsschicht zu, und es kommt zu einem Punkt, an dem der Übergang bricht. Dies führt zu einem großen Stromfluss. Der Bruch ist der Kniepunkt der Diodencharakteristik. Der Übergang bricht aufgrund zweier Phänomene zusammen.

Avalanche-Zerfall

Bei hohen Rückspannungen tritt der Avalanche-Zerfall auf, wenn die Minderheitsladungsträger genug Energie gewinnen, um Elektronen aus Bindungen zu lösen, was zu einem großen Stromfluss führt.

Zener-Effekt

Der Zener-Effekt tritt bei niedrigeren Rückspannungen auf, wo ein hohes elektrisches Feld kovalente Bindungen bricht, was zu einem plötzlichen Anstieg des Stroms und zum Zerfall des Übergangs führt.