Ano ang PN Junction Diode?

Ano ang PN Junction Diode?

PN Junction Diode

Ang PN junction diode ay isang pangunahing komponente sa elektronika. Sa uri ng diode na ito, ang isa sa mga gilid ng semiconductor ay dinedope ng mga acceptor impurity (P-type) at ang kabilang gilid naman ay dinedope ng donor impurity (N-type). Ang diode na ito ay maaaring ikategorya bilang 'step graded' o 'linearly graded' junction.

Sa step graded PN junction diode, ang concentration ng dopant ay uniform sa parehong gilid hanggang sa junction. Sa linearly graded junction, ang concentration ng doping ay nagbabago halos linear sa distansya mula sa junction. Kung walang anumang voltage na inilapat, ang mga libreng elektron ay lumilipat patungo sa P-side at ang mga butas ay lumilipat patungo sa N-side, kung saan sila'y pagsasamantalik.

Ang mga acceptor atoms malapit sa junction sa P-side ay naging negative ions, at ang mga donor atoms malapit sa junction sa N-side ay naging positive ions. Ito ay lumilikha ng electric field na sumusunod sa karagdagang diffusion ng mga elektron at butas. Ang rehiyon na may hindi nakakalabas na ions ay tinatawag na depletion region.

Kung ilalapat natin ang forward bias voltage sa p-n junction diode. Ibig sabihin, kung ang positibong bahagi ng battery ay konektado sa P-side, ang lapad ng depletion region ay bumababa at ang mga carrier (butas at libreng elektron) ay lumilipat sa pamamagitan ng junction. Kung ilalapat natin ang reverse bias voltage sa diode, ang lapad ng depletion ay tumataas at walang charge na maaaring lumipat sa pamamagitan ng junction.

Katangian ng P-N Junction Diode

Isaalang-alang natin ang pn junction na may donor concentration ND at acceptor concentration NA. Isaalang-alang din natin na lahat ng donor atoms ay nagdonate ng libreng elektron at naging positive donor ions at lahat ng acceptor atoms ay nanganggap ng elektron at lumilikha ng corresponding holes at naging negative acceptor ions. Kaya maaari nating sabihin na ang concentration ng libreng elektron (n) at donor ions ND ay magkatugma at katulad, ang concentration ng butas (p) at acceptor ions (NA) ay magkatugma. Dito, pinagbibigyan namin ang mga butas at libreng elektron na nilikha sa semiconductors dahil sa unintentional impurities at defects.

Sa pamamagitan ng pn junction, ang mga libreng elektron na inilapat ng donor atoms sa n-type side ay lumilipat sa p-type side at pagsasamantalik sa butas. Katulad nito, ang mga butas na nilikha ng acceptor atoms sa p-type side ay lumilipat sa n-type side at pagsasamantalik sa libreng elektron. Pagkatapos ng prosesong ito, may kakulangan o depletion ng charge carriers (libreng elektron at butas) sa junction. Ang rehiyon sa junction kung saan ang libreng charge carriers ay nawawala ay tinatawag na depletion region.

Dahil sa pagkakawala ng libreng charge carriers (libreng elektron at butas), ang donor ions ng n-type side at acceptor ions ng p-type side sa junction ay naging uncovered. Ang mga positive uncovered donor ions patungo sa n-type side at negative uncovered acceptors ions patungo sa p-type side ay nagdudulot ng space charge sa pn junction. Ang potential na nabuo sa junction dahil sa space charge na ito ay tinatawag na diffusion voltage. Ang diffusion potential sa pamamagitan ng pn junction diode ay maaaring ipahayag bilang 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. Ibig sabihin, ang diffusion potential ay sumusunod sa charge carriers na lumipat sa junction.

 Ang rehiyon na ito ay mataas na resistive dahil sa depletion ng libreng charge carriers sa rehiyon na ito. Ang lapad ng depletion region ay depende sa inilapat na bias voltage. Ang relasyon sa pagitan ng lapad ng depletion region at bias voltage ay maaaring ipahayag gamit ang ekwasyon na tinatawag na Poisson Equation. Dito, ε ay ang permittivity ng semiconductor at V ay ang biasing voltage. Kaya, sa pag-apply ng forward bias voltage, ang lapad ng depletion region i.e. pn junction barrier ay bumababa at sa huli ay nawawala.

Kaya, sa pagkakawala ng potential barrier sa junction sa forward bias condition, ang libreng elektron ay pumasok sa p-type region at ang butas ay pumasok sa n-type region, kung saan sila ay pagsasamantalik at ililipat ang photon sa bawat recombination. Bilang resulta, mayroong forward current na lumilipat sa pamamagitan ng diode. Ang current sa pamamagitan ng PN junction ay ipinahayag bilang Here, voltage V is applied across the pn junction and total current I, flows through the pn junction.

I s ay reverse saturation current, e = charge ng elektron, k ay Boltzmann constant at T ay temperatura sa Kelvin scale.

Ang graph sa ibaba ay nagpapakita ng current-voltage characteristic ng PN junction diode. Kapag, V ay positibo, ang junction ay forward biased, at kapag V ay negatibo, ang junction ay reverse biased. Kapag V ay negatibo at mas mababa kaysa VTH, ang current ay minimal. Ngunit kapag V ay lumampas sa VTH, ang current ay biglang naging mataas. Ang voltage VTH ay kilala bilang threshold o cut in voltage. Para sa Silicon diode VTH = 0.6 V. Sa reverse voltage na kaukulang sa point P, may biglang pagtaas ng reverse current. Ang bahaging ito ng characteristics ay kilala bilang breakdown region.

Step Graded Junction

Sa step graded junction, ang concentration ng dopants ay uniform hanggang sa junction sa parehong gilid.

Depletion Region

Ang depletion region ay nabubuo sa junction kung saan ang libreng elektron at butas ay pagsasamantalik, lumilikha ng lugar na walang libreng charge carriers.

Forward Bias

Ang pag-apply ng forward bias ay binabawasan ang lapad ng depletion region, pinapayagan ang current na lumipat.

Reverse Bias

Ang pag-apply ng reverse bias ay nagpapataas ng lapad ng depletion region, nagsasara ng current flow hanggang sa maabot ang breakdown voltage.