Mis on PN-joonuse diood?

Väli: Entsüklopeedia

China

Mis on PN-liidendiood?

PN-liidendiood

PN-liidendiood on elektroonikas põhiline komponent. Sellisel dioodil on ühel pool semipinna akseptoriimpuriteeritud (P-tüüp) ja teisel pool anduriimpuriteeritud (N-tüüp). Seda dioodi saab luokitelda kas "sammeliitena" või "lineaarselt liitena".

Sammeliitena PN-liidendioodis on dopantkonsentratsioon mõlemal poolel ühtlane kuni liini. Lineaarses liideses muutub dopantkonsentratsioon peaaegu lineaarselt kaugusega liinist. Kui üldse ei ole rakendatud voltaget, siis vabad elektronid liiguvad P-poolele ja auke N-poole, kus nad kombineeruvad.

Liini lähedased akseptoriatomid P-poolel muutuvad negatiivseteks ionideks ja anduriatomid N-poolel positiivseteks ionideks. See loob elektrivälja, mis vastandub edasisele elektronide ja aukete difusioonile. See piirkond, kus ionid on mittekaetud, nimetatakse tühienduspiirkonnaks.

Kui me rakendame PN-liidendioodile eesmärgil voltaget. See tähendab, et kui aku positiivne külg on ühendatud P-pooldega, siis tühienduspiirkonna laius väheneb ja viisid (auked ja vabad elektronid) liiguvad liini üle. Kui me rakendame dioodile tagamärgil voltaget, siis tühienduspiirkonna laius suureneb ja laenguid ei saa liini üle liikuda.

P-N liidendioodi omadused

Vaatame P-N liidet, millel on anduri konsentratsioon ND ja akseptori konsentratsioon NA. Eeldame, et kõik anduriatomid on andnud vabad elektronid ja muutunud positiivseteks anduriionideks ning kõik akseptoriatomid on vastu võtnud elektronid ja loonud vastavalt auked ning muutunud negatiivseteks akseptoriionideks. Seega võime öelda, et vabad elektronide (n) ja anduriionide ND konsentratsioon on sama ja samuti aukede (p) ja akseptoriionide (NA) konsentratsioon on sama. Siin on ignoreeritud aukede ja vabad elektronide, mis tekivad semipinnas sattumuslike impurite ja defektide tõttu.

P-N liidi üle vabad elektronid, mida anduriatomid andnud on N-pooldel, difundeeruvad P-pooldele ja kombineeruvad aukedega. Samuti auked, mida akseptoriatomid on loonud P-pooldel, difundeeruvad N-pooldele ja kombineeruvad vabad elektronidega. Pärast seda rekombinatsiooni protsessi tekib puudus või tühiendus laengutegurite (vabad elektronid ja auked) liini üle. Piirkond, kus vabad laengutegurid on tühiendunud, nimetatakse tühienduspiirkonnaks.

Vabad laengutegurite (vabad elektronid ja auked) puudumise tõttu N-poolde anduriionid ja P-poolde akseptoriionid liini üle jäävad mittekaetud. Need positiivsed mittekaetud anduriionid N-poolde poole liini läheduses ja negatiivsed mittekaetud akseptoriionid P-poolde poole liini läheduses tekitavad ruumi laengu P-N liidi üle. Liini üle tekkinud potentsiaal sellise ruumi laengu tõttu nimetatakse diffusioonivoltagena. P-N liidendioodi diffusioonivoltaga saab väljendada järgmiselt. Diffusioonipotentsiaal tekitab takistuse vabad elektronide migratsioonile N-pooldest P-pooldele ja aukete migratsioonile P-pooldest N-pooldele. See tähendab, et diffusioonipotentsiaal takistab laengutegurite liini ületamist.

See piirkond on väga vastupidav vabad laengutegurite tühienduse tõttu selles piirkonnas. Tühienduspiirkonna laius sõltub rakendatud polaarvoltagest. Tühienduspiirkonna laiuse ja polaarvoltaga seose saab esitada võrrandina, mida nimetatakse Poissoni võrrandiks. Siin on ε semipinna permittivsus ja V polaarvoltaga. Seega, eesmärgil voltaga rakendamisel väheneb tühienduspiirkonna laius, st P-N liidibaari laius, ja lõpuks kadub täielikult.

Seega, eesmärgil voltaga tingitud puudumise korral vabad elektronid siseneksid P-poolde piirkonda ja auked N-poolde piirkonda, kus nad rekombineeruvad ja igal rekombinatsioonil vabastavad fotonit. Tulemuseks on dioodi läbi vedav eesmärgiline vool. P-N liidiga läbi vedava voolu saab väljendada järgmiselt. Siin on rakendatud P-N liidi üle voltaga V ja läbi P-N liidi kulgeb kokku vool I.

I s on pöördlaengu täissättev vool, e = elektroni laeng, k on Boltzmanni konstant ja T on temperatuur Kelvini skaalal.

Allpool näidatud graafik näitab P-N liidendioodi vool-voltaga karakteristikuid. Kui V on positiivne, on liit eesmärgil polaarinud, ja kui V on negatiivne, on liit tagamärgil polaarinud. Kui V on negatiivne ja väiksem kui VTH, on vool minimaalne. Kuid kui V ületab VTH, muutub vool ootamatult väga suureks. Voltaga VTH nimetatakse limiit- või sissekliimiskohaks. Silitsiumdioodi puhul on VTH = 0,6 V. Tagamärgil voltaga, mis vastab punktile P, on ootamatult suur tagamärgiline vool. Selle karakteristikute osa nimetatakse murderegionaalsiks.