Mikä on PN-liitospistidiode?

Encyclopedia

Kenttä: Tietysti Encyklopedia

China

Mikä on PN-liitosdiode?

PN-liitosdiode

PN-liitosdiode on peruskomponentti elektroniikassa. Tässä diodityypissä puolijohtimen yksi puoli on dopattu vastaanottajaimpuhteilla (P-tyyppi) ja toinen annostaimpuhteilla (N-tyyppi). Tämä diode voidaan luokitella joko 'askelmaiseksi' tai 'lineaarisesti murtuneeksi' liitokseksi.

Askelmainen PN-liitosdiodeessa dopanttikoncentraatio on tasainen molemmilla puolilla liitoksen kohdalla. Lineaarisesti murtuneessa liitoksessa dopanttikoncentraatio muuttuu melkein lineaarisesti etäisyyden mukaan liitoksesta. Jos siihen ei ole sovellettu mitään jännitettä, vapaiden elektronien siirtyessä P-puolelle ja aukkojen N-puolelle, ne yhdistyvät.

Vastaanottajatominen P-puolen liitoksen lähellä tulevat negatiivisiksi ionit ja annostimiatominen N-puolen liitoksen lähellä positiivisiksi ionit. Tämä luo sähkökentän, joka vastustaa lisää vapaiden elektronien ja aukkojen diffuusiota. Tämä alue, jossa on paljastettuja ionit, kutsutaan tyhjentymisalueeksi.

Jos sovellamme p-n-liitosdiodeelle etujännitettä. Tarkoittaa, että jos akun positiivinen puoli on yhdistetty P-puoleen, tyhjentymisalueen leveys pienenee ja kuljetit (aukot ja vapaat elektronit) virtaavat liitoksen yli. Jos sovellamme diodelle käänteistä jännitettä, tyhjentymisalueen leveys kasvaa ja varauksen virtaus liitoksen yli estetään.

PN-liitosdioden ominaisuudet

Oletetaan, että meillä on pn-liitos, jonka annostimikoncentraatio on ND ja vastaanottajikoncentraatio NA. Oletetaan myös, että kaikki annostimatominen ovat luovuttaneet vapaat elektronit ja muodostuneet positiivisiin annostimiioniiksi, ja kaikki vastaanottajatominen ovat hyväksyneet elektronit ja luoneet vastaavat aukot ja muodostuneet negatiivisiin vastaanottajiioniiksi. Joten voimme sanoa, että vapaan elektronin (n) ja annostimiionin ND koncentraatiot ovat samat, ja samoin aukon (p) ja vastaanottajiionin (NA) koncentraatiot ovat samat. Tässä olemme jättäneet huomiotta aukot ja vapaat elektronit, jotka luodaan puolijohtimissa tahattomien impuriteettien ja puutteiden vuoksi.

pn-liitoksen yli n-tyyppisen puolen annostimiatominen luovuttamat vapaat elektronit diffuusoivat P-tyyppiseen puoleen ja yhdistyvät aukkojen kanssa. Samoin p-tyyppisen puolen vastaanottajatominen luomia aukot diffuusoivat n-tyyppiseen puoleen ja yhdistyvät vapaan elektronin kanssa. Tämän rekombinaatioprosessin jälkeen on puutetta tai tyhjentymis on tapahtunut varauksen kuljetin (vapaat elektronit ja aukot) liitoksen yli. Alue, jolla vapaat kuljetin tyhjentyvät liitoksen yli, kutsutaan tyhjentymisalueeksi.

Puuttuessa vapaan kuljetin (vapaat elektronit ja aukot), n-tyyppisen puolen annostimiioni ja p-tyyppisen puolen vastaanottajiioni liitoksen yli tulevat paljastetuiksi. Nämä positiiviset paljastetut annostimiioni n-tyyppisen puolen liitoksen vieressä ja negatiiviset paljastetut vastaanottajiioni p-tyyppisen puolen liitoksen vieressä aiheuttavat avaruusvarauksen pn-liitoksen yli. Liitoksen yli kehittyvä potentiaali tämän avaruusvarauksen vuoksi kutsutaan diffuusiopotentialiksi. pn-liitosdioden diffuusiopotentiali voidaan ilmaista seuraavasti: Diffuusiopotentiali luo esteen vapaan elektronin lisämuuttoon n-tyyppiseltä puolelta p-tyyppiseen puoleen ja aukkojen p-tyyppiseltä puolelta n-tyyppiseen puoleen. Tarkoittaa, että diffuusiopotentiali estää kuljetin kulkea liitoksen yli.

Tämä alue on erittäin vastusta, koska vapaan kuljetin tyhjentyminen tässä alueessa. Tyhjentymisalueen leveys riippuu sovellettavasta jännitettä. Tyhjentymisalueen leveyden ja jännitteen välistä suhdetta voidaan esittää yhtälöllä, jota kutsutaan Poissonin yhtälöksi. Tässä ε on puolijohtimen permittiivisyys ja V on jännitteen. Joten, kun sovelletaan etujännitettä, tyhjentymisalueen leveys eli pn-liitoseste pienenee ja lopulta katoaa.

Joten, puuttuessa potentiaalieste liitoksen yli etujännitteessä vapaat elektronit pääsevät p-tyyppiseen alueeseen ja aukot n-tyyppiseen alueeseen, missä ne rekombinoituvat ja vapauttavat fotonin jokaisessa rekombinaatiossa. Tämän seurauksena virtaa etujännitteessä dioden läpi. Virta pn-liitoksen läpi ilmaistaan seuraavasti: Tässä, jännite V sovelletaan pn-liitoksen yli ja kokonaisvirta I, virtaa pn-liitoksen läpi.

I s on käänteinen satuuriirta, e = elektronin varaus, k on Boltzmannin vakio ja T on lämpötila Kelviniasteina.

Alla oleva kuvaaja näyttää pn-liitosdioden virta-jännite-ominaisuuden. Kun V on positiivinen, liitos on etujännitteessä, ja kun V on negatiivinen, liitos on käänteisjännitteessä. Kun V on negatiivinen ja pienempi kuin VTH, virta on minimaalinen. Mutta kun V ylittää VTH:n, virta tulee äkillisesti hyvin suureksi. Jännite VTH tunnetaan kynnysjännitteeksi tai syöntijännitteeksi. Silikonidiodelle VTH = 0.6 V. Käänteisjännitteessä, joka vastaa pistettä P, on äkillinen kasvu käänteisvirtauksessa. Tämä osa ominaisuuksia tunnetaan murrosvaiheena.