Co je dioda PN přechod?

Encyclopedia

Pole: Encyklopedie

China

Co je PN přechodová dioda?

PN přechodová dioda

PN přechodová dioda je základní komponentou v elektronice. V této druhu diody je jedna strana polovodiče dotována akceptorovými dopanty (P-typ) a druhá strana dónorskými dopanty (N-typ). Tato dioda může být klasifikována jako buď 'step graded' nebo 'lineárně gradovaný' přechod.

U step graded PN přechodové diody je koncentrace dopantu na obou stranách až k přechodu stejná. U lineárně gradovaného přechodu se koncentrace dopantu téměř lineárně mění s vzdáleností od přechodu. Bez aplikace napětí se volné elektrony přesunou na P-stranu a díry na N-stranu, kde se spojí.

Akceptorové atomy blízko přechodu na P-straně se stávají negativními ionty, a dónorové atomy blízko přechodu na N-straně se stávají pozitivními ionty. To vytváří elektrické pole, které brání další difuzi elektronů a dír. Tato oblast s odkrytými ionty se nazývá depleční oblast.

Pokud aplikujeme na p-n přechodovou diodu přední polarizaci. To znamená, že pokud je kladná strana baterie připojena k P-straně, pak se šířka depleční oblasti sníží a nosiče (díry a volné elektrony) procházejí přes přechod. Pokud aplikujeme zpětnou polarizaci na diodu, šířka depleční oblasti se zvětší a žádný náboj nemůže procházet přes přechod.

Charakteristiky P-N přechodové diody

Zvažme p-n přechod s koncentrací dónorů ND a koncentrací akceptorů NA. Předpokládejme také, že všechny dónorové atomy poskytly volné elektrony a staly se pozitivními dónorovými ionty a všechny akceptorové atomy přijaly elektrony a vytvořily odpovídající díry a staly se negativními akceptorovými ionty. Můžeme tedy říci, že koncentrace volných elektronů (n) a dónorových iontů ND jsou stejné a podobně, koncentrace dír (p) a akceptorových iontů (NA) jsou stejné. Zde jsme ignorovali díry a volné elektrony vzniklé v polovodičích kvůli neúmyslným impuritám a defektům.

V p-n přechodu se volné elektrony poskytnuté dónorovými atomy na N-straně difundují na P-stranu a rekombinují s dírami. Podobně se díry vytvořené akceptorovými atomy na P-straně difundují na N-stranu a rekombinují s volnými elektrony. Po tomto procesu rekombinace dochází ke snížení nebo vyčerpání nosičů náboje (volných elektronů a dír) v okolí přechodu. Oblast v okolí přechodu, kde jsou volné nosiče náboje vyčerpány, se nazývá depleční oblast.

V důsledku absence volných nosičů náboje (volných elektronů a dír) se dónorové ionty na N-straně a akceptorové ionty na P-straně v okolí přechodu stávají odkrytými. Tyto odkryté pozitivní dónorové ionty směrem k N-straně vedle přechodu a odkryté negativní akceptorové ionty směrem k P-straně vedle přechodu způsobují prostorový náboj v p-n přechodu. Napětí vyvinuté v přechodu v důsledku tohoto prostorového náboje se nazývá difuzní napětí. Difuzní napětí v p-n přechodové diodě lze vyjádřit rovnicí. Difuzní potenciál vytváří potenciální bariéru pro další migraci volných elektronů z N-strany do P-strany a dír z P-strany do N-strany. To znamená, že difuzní potenciál brání nosičům náboje překročit přechod.

Tato oblast je velmi odporová kvůli vyčerpání volných nosičů náboje v této oblasti. Šířka depleční oblasti závisí na aplikovaném polarizačním napětí. Vztah mezi šířkou depleční oblasti a polarizačním napětím lze vyjádřit rovnicí známou jako Poissonova rovnice. Zde ε je permitivita polovodiče a V je polarizační napětí. Tak, na aplikaci přední polarizace se šířka depleční oblasti, tj. bariéra p-n přechodu, sníží a nakonec zmizí.

Proto, v nepřítomnosti potenciální bariéry v přední polarizaci volné elektrony vstupují do P-oblasti a díry vstupují do N-oblasti, kde se rekombinují a uvolňují foton při každé rekombinaci. V důsledku toho poteče proud skrz diodu. Proud skrz PN přechod lze vyjádřit rovnicí. Zde je napětí V aplikováno na p-n přechod a celkový proud I, protéká p-n přechodem.

I s je reverzní nasycený proud, e = náboj elektronu, k je Boltzmannova konstanta a T je teplota ve stupních Kelvina.

Graf níže ukazuje charakteristiku proudu a napětí PN přechodové diody. Když je V kladné, je přechod předně polarizován, a když je V záporné, je přechod zpětně polarizován. Když je V záporné a menší než VTH, je proud minimální. Ale když V překročí VTH, proud náhle stoupne velmi vysoko. Napětí VTH se nazývá práh nebo cut-in napětí. Pro silikátovou diodu VTH = 0,6 V. Při reverzním napětí odpovídajícím bodu P dojde k náhlému nárůstu reverzního proudu. Tato část charakteristiky se nazývá oblast prolamu.