Zein da PN elkarketa dioide?

Zer da PN elkarketa dioide bat?

PN elkarketa dioide

PN elkarketa dioidea elektronikaren oinarrizko osagai bat da. Dioide honetan, semikonduktoreko alde bat onartzaile kontaminatzaileekin (P mota) eta beste aldea emaitzaile kontaminatzaileekin (N mota) kontamintzen da. Dioide hau ‘gradu hamabiribil’ edo ‘gradu linealki’ bezala klasifikatu daiteke.

Gradu hamabiribil PN elkarketa dioidean, kontaminatzaileen konzentrazioa uniformea da bi aldetan elkarketa artean. Gradu linealki elkarketa batean, kontaminazioaren konzentrazioa elkarketatik dagoen distantziarekin aldatzen da, geroz eta linealago. Ezarri ez den tensiorik izanik, elektron libreak P aldera mugitzen dira eta txertak N aldera, non elkarrekin bat egin dezaten.

Elkarketa inguruko onartzaile atomoak P aldean ion negatibotzat bihurtzen dira, eta elkarketa inguruko emaitzaile atomoak N aldean ion positibotzat. Honek elektriko eremu bat sortzen du, elektron eta txerteen difusio gehiagia saihesteko. Ion deskontuan dauden hauetako eremua depletio eremua deitzen da.

PN elkarketa dioideari bias aurrera aplikatzen badugu. Honek esan nahi du pilaren alde positiboa P aldearekin lotzen bada, orduan depletio eremuko zabalera murrizten da eta portatzaileak (txertak eta elektron libreak) elkarketa gainditzen dute. Bias atzerantz aplikatzen badugu dioideari, depletio zabalera handitu egiten da eta inongo karga elkarketa gainditzeko ezin du.

PN Elkarketa Dioidearen Ezaugarriak

ND donor konzentrazioa eta NA onartzaile konzentrazioa dituen pn elkarketa bat hartuz. Donor atomo guztiak elektron libreak eman dituztela eta ion positibo bihurtu direla, eta onartzaile atomo guztiak elektronak onartu dituztela eta txertak sortu dituztela eta ion negatibo bihurtu direla suposatuz. Beraz, elektron libreak (n) eta donor ion (ND)ren konzentrazioa berdina dela eta antzeko moduan, txertak (p) eta onartzaile ion (NA)ren konzentrazioa berdina dela esan genezake. Hemen, semikonduktorretan kasualki sortutako txertak eta elektron libreak baztertu ditugu.

PN elkarketa osotik, n motako aldetik donorek eman dituzten elektron libreak p motako aldera difusitzen dira eta txertekin bat egiten dute. Antzeko moduan, p motako aldetik onartzaileek sortutako txertak n motako aldera difusitzen dira eta elektron librekinekin bat egiten dute. Elkarrekin bat egindura, elkarketa osotik txertak eta elektron libreak falta direla edo depletitu direla esan daiteke. Depletio eremua deitzen da elkarketa osoko elektron libreek eta txertek faltatzeko eremua.

Elektron libreak (elektron libreak eta txertak) gabeko egoera dela eta, n motako aldeko donor ion positiboak eta p motako aldeko onartzaile ion negatiboak elkarketa osotik deskontuan geratzen dira. Elkarketa osotik deskontuan dauden donor ion positiboak n motako aldeko elkarketa inguruan eta onartzaile ion negatiboak p motako aldeko elkarketa inguruan espazio kargatua sortzen dute. Espazio kargatua honek sortzen duen potentziala diffusio-tentsioa deitzen da. Diffusio-tensioa pn elkarketa dioide batean adieraz daiteke The diffusion potential creates a potential barrier for further migration of free electrons from n-type side to p-type side and holes from p-type side to n-type side. That means diffusion potential prevents charge carriers to cross the junction.

 Eremu hau oso resistentea da, depletio eremuan elektron libreak eta txertak faltzen direlako. Depletio eremuko zabalera aplikatutako bias tensioaren mendean dago. Depletio eremuko zabalera eta bias tensioaren arteko erlazioa Poisson ekuazio bat izenez adieraz daiteke. Hemen, ε semikonduktorearen permisibilitatea da eta V bias tensioa. Beraz, aurrera bias tensioa aplikatzean, depletio eremuko zabalera, hau da, pn elkarketa barruan murrizten da eta azkenean desagertzen da.

Beraz, aurrera bias egoeran elkarketa osotik potentzial barruan ez dagoenean, elektron libreak p motako eremuan sartzen dira eta txertak n motako eremuan, non elkarrekin bat egiten dute eta fotona bat askatzen dute. Emaitza gisa, dioidearen traveskan aurrera korronte bat ibiltzen da. PN elkarketa traveskan ibiltzen den korrontea honela adieraz daiteke Here, voltage V is applied across the pn junction and total current I, flows through the pn junction.

I s korronte saturatua da, e = elektronaren karga, k Boltzmann konstantea eta T tenperatura Kelvin eskalan.

Beheko grafikoak PN elkarketa dioide baten korronte-tensio ezaugarriak erakusten ditu. V positiboa denean, elkarketa aurrera bias egiten da, eta V negatiboa denean, elkarketa atzerantz bias egiten da. V negatiboa eta VTH baino txikiagoa denean, korrontea minimala da. Baina V VTH baino handiagoa denean, korrontea berriz ere oso handia bihurtzen da. VTH tensioa ezarria edo hasiera-tensioa deitzen da. Silicio dioide baterako, VTH = 0.6 V. P puntuko atzerako tensioaren baliokidea denean, atzerako korrontea berriz ere oso handia bihurtzen da. Karakteristik hauetako zatia hori desgarrapena deitzen da.

Gradu Hamabiribil Elkarketa

Gradu hamabiribil elkarketan, kontaminatzaileen konzentrazioa uniformea da bi aldetan elkarketa artean.

Depletio Eremua

Depletio eremua sortzen da elkarketa osotik, non elektron libreak eta txertak elkarrekin bat egiten diren, horrela elektron libreak eta txertak gabeko eremua sortuz.

Aurrera Bias

Aurrera bias aplikatzeak depletio eremuko zabalera murrizten du, korrontea ibiltzeko aukera ematen diela.

Atzerako Bias

Atzerako bias aplikatzeak depletio eremuko zabalera handitzen du, korrontea blokeatzen duela derrota tensiora iritsi arte.