Wat is 'n PN Junction Diode?
Wat is 'n PN-verbinding-diode?
PN-verbinding-diode
'n PN-verbinding-diode is 'n basiese komponent in elektronika. In hierdie tipe diode word een kant van 'n halfgeleider gedopeer met akseptor-onreinighede (P-tipe) en die ander kant met donor-onreinighede (N-tipe). Hierdie diode kan as 'n 'trapsgewyse gegradeerde' of 'lineêr gegradeerde' verbinding geklassifiseer word.
In 'n trapsgewyse gegradeerde PN-verbinding-diode is die dopantkonsentrasie uniform op beide kante tot by die verbinding. In 'n lineêr gegradeerde verbinding verander die dopantkonsentrasie byna lineêr met die afstand vanaf die verbinding. Sonder enige spannings toegepas, beweeg vrye elektrone na die P-kant en gasholle na die N-kant, waar hulle saamsmelt.
Die akseptor-atome naby die verbinding aan die P-kant word negatiewe ionne, en die donor-atome naby die verbinding aan die N-kant word positiewe ionne. Dit skep 'n elektriese veld wat verdere diffusie van elektrone en gasholle teenwerk. Hierdie gebied met onbedekte ionne word die uitputtingsgebied genoem.
As ons 'n voorwaartse voorspanning toepas op die p-n-verbinding-diode. Dit beteken as die positiewe kant van die batterij aan die P-kant verbonden is, dan verminder die breedte van die uitputtingsgebied en vloe draers (gasholle en vrye elektrone) oor die verbinding. As ons 'n agterwaartse voorspanning toepas op die diode, vermeerder die breedte van die uitputtingsgebied en kan geen laai oor die verbinding vloei nie.
P-N-verbinding-diode-eienskappe
Laat ons 'n pn-verbinding met 'n donor-konsentrasie ND en 'n akseptor-konsentrasie NA oorweeg. Laat ons ook aanvaar dat al die donor-atome vrye elektrone gedoneer het en positiewe donor-ionne geword het en al die akseptor-atome elektrone geaksepteer het en ooreenkomstige gasholle geskep het en negatiewe akseptor-ionne geword het. Dus kan ons sê dat die konsentrasie van vrye elektrone (n) en donor-ionne ND dieselfde is en soortgelyk is die konsentrasie van gasholle (p) en akseptor-ionne (NA) dieselfde. Hier het ons die gasholle en vrye elektrone wat in die halfgeleiders weens onbedoelde onreinighede en defekte geskep is, genegeer.
Oor die pn-verbinding diffuseer die vrye elektrone wat deur donor-atome in die n-tipe kant gedoneer is, na die p-tipe kant en smelt saam met gasholle. Op dieselfde manier diffuseer die gasholle wat deur akseptor-atome in die p-tipe kant geskep is, na die n-tipe kant en smelt saam met vrye elektrone. Na hierdie herorganisasieproses is daar 'n tekort aan of uitputting van laaidraers (vrye elektrone en gasholle) oor die verbinding. Die gebied oor die verbinding waar die vrye laaidraers uitgeput word, word die uitputtingsgebied genoem.
Geeënde die afwesigheid van vrye laaidraers (vrye elektrone en gasholle), word die donor-ionne van die n-tipe kant en akseptor-ionne van die p-tipe kant oor die verbinding onbedekt. Hierdie positiewe onbedekte donor-ionne na die n-tipe kant naast die verbinding en negatiewe onbedekte akseptor-ionne na die p-tipe kant naast die verbinding veroorsaak 'n ruimteladingsgebied oor die pn-verbinding. Die potensiaal wat oor die verbinding ontstaan weens hierdie ruimtelading word die diffusiespanning genoem. Die diffusiespanning oor 'n pn-verbinding-diode kan uitgedruk word as Die diffusiespanning skep 'n potensiaalbarrière vir verdere migrasie van vrye elektrone vanaf die n-tipe kant na die p-tipe kant en gasholle vanaf die p-tipe kant na die n-tipe kant. Dit beteken dat die diffusiespanning laaidraers belet om oor die verbinding te vloei.
Hierdie gebied is hoogs weerstandwekkend as gevolg van die uitputting van vrye laaidraers in hierdie gebied. Die breedte van die uitputtingsgebied hang af van die toegepaste voorspanning. Die verhouding tussen die breedte van die uitputtingsgebied en die voorspanning kan deur 'n vergelyking genaamd die Poisson-vergelyking verteenwoordig word. Hier is ε die permittiwiteit van die halfgeleider en V is die voorspanning. So, by die toepassing van 'n voorwaartse voorspanning verminder die breedte van die uitputtingsgebied, d.w.s. die pn-verbinding-barrière, en verdwyn uiteindelik.
Dus, in die afwesigheid van 'n potensiaalbarrière oor die verbinding in die voorwaartse voorspanningstoestand, gaan vrye elektrone die p-tipe gebied binnetreed en gasholle die n-tipe gebied binnentreed, waar hulle saamsmelt en 'n foton by elke herorganisasie vrylaat. As gevolg hiervan sal daar 'n voorwaartse stroom deur die diode vloei. Die stroom deur die PN-verbinding word uitgedruk as Hier word 'n spanning V oor die pn-verbinding toegepas en 'n totale stroom I, vloei deur die pn-verbinding.
I s is die agterwaartse verzadigingsstroom, e = ladings van elektron, k is die Boltzmann-konstante en T is temperatuur in Kelvin-skaal.
Die grafiek hieronder wys die stroom-spanningseienskappe van 'n PN-verbinding-diode. Wanneer V positief is, is die verbinding voorwaarts voorgevoerd, en wanneer V negatief is, is die verbinding agterwaarts voorgevoerd. Wanneer V negatief is en minder as VTH, is die stroom minimaal. Maar wanneer V VTH oorskry, word die stroom plotseling baie hoog. Die spanning VTH staan bekend as die drempelspanning of insnydspanning. Vir 'n silisiumdiode is VTH = 0,6 V. By 'n agterwaartse spanning wat ooreenstem met punt P, is daar 'n skerpe toename in die agterwaartse stroom. Hierdie gedeelte van die eienskappe staan bekend as die breukgebied.
Trapsgewyse Gegradeerde Verbinding
In 'n trapsgewyse gegradeerde verbinding is die dopantkonsentrasie uniform tot by die verbinding aan beide kante.
Uitputtingsgebied
Die uitputtingsgebied vorm by die verbinding waar vrye elektrone en gasholle saamsmelt, 'n gebied skeppend sonder vrye laaidraers.
Voorwaartse Voorspanning
Die toepassing van 'n voorwaartse voorspanning verminder die breedte van die uitputtingsgebied, wat stroom laat vloei.
Achterwaartse Voorspanning
Die toepassing van 'n agterwaartse voorspanning vermeerder die breedte van die uitputtingsgebied, wat stroomvloei blokkeer tot die breukspanning bereik word.
