Que é un diodo de xuncción PN

Campo: Enciclopedia

China

Que é un diodo de xunión PN?

Diodo de Xunión PN

O diodo de xunión PN é un compoñente básico na electrónica. Neste tipo de diodo, un lado do semiconductor está dopado con impurezas aceptoras (tipo P) e o outro lado con impurezas donadoras (tipo N). Este diodo pode clasificarse como 'graduado en pasos' ou 'graduado linearmente'.

Nun diodo de xunión PN graduado en pasos, a concentración de dopante é uniforme en ambos lados ata a xunión. Nuna xunión graduada linearmente, a concentración de dopante cambia case linearmente coa distancia desde a xunión. Sen aplicar ningún voltaxe, os eléctrons libres moveñan ao lado P e as lacunas moveñan ao lado N, onde se combinan.

Os átomos aceptores preto da xunión no lado P convértense en íons negativos, e os átomos donadores preto da xunión no lado N convértense en íons positivos. Isto crea un campo eléctrico que se opón á difusión adicional de eléctrons e lacunas. Esta rexión con íons descubertos chámase rexión de esgotamento.

Se aplicamos un voltaxe de polarización directa ao diodo de xunión PN. Iso significa que se conecta o lado positivo da batería ao lado P, entón a anchura da rexión de esgotamento diminúe e os portadores de carga (lacunas e eléctrons libres) fluen a través da xunión. Se aplicamos un voltaxe de polarización inversa ao diodo, a anchura de esgotamento aumenta e non pode fluir carga a través da xunión.

Características do Diodo de Xunión PN

Consideremos unha xunión PN cunha concentración de donadores ND e unha concentración de aceptores NA. Supoñamos tamén que todos os átomos donadores daron eléctrons libres e converteronse en íons donadores positivos, e todos os átomos aceptores aceptaron eléctrons e crearon correspondentes lacunas e converteronse en íons aceptores negativos. Así, podemos dicir que a concentración de eléctrons libres (n) e os íons donadores ND son os mesmos, e similarmente, a concentración de lacunas (p) e os íons aceptores (NA) son os mesmos. Aquí, ignoramos as lacunas e os eléctrons libres creados nos semiconductores debido a impurezas e defectos non intencionados.

A través da xunión PN, os eléctrons libres donados polos átomos donadores no lado N difunden ao lado P e recombinan con as lacunas. De forma similar, as lacunas creadas polos átomos aceptores no lado P difunden ao lado N e recombinan con os eléctrons libres. Despois deste proceso de recombinación, hai unha falta ou esgotamento de portadores de carga (eléctrons libres e lacunas) a través da xunión. A rexión a través da xunión onde os portadores de carga libres se esgotan chámase rexión de esgotamento.

Debido á ausencia de portadores de carga libres (eléctrons libres e lacunas), os íons donadores do lado N e os íons aceptores do lado P a través da xunión quedan descubertos. Estes íons donadores descubertos positivos cara ao lado N adxacente á xunión e íons aceptores descubertos negativos cara ao lado P adxacente á xunión causan unha carga espacial a través da xunión PN. O potencial desenvolvido a través da xunión debido a esta carga espacial chámase voltaxe de difusión. O voltaxe de difusión a través dun diodo de xunión PN pode expresarse como. O potencial de difusión crea unha barreira de potencial para a migración adicional de eléctrons libres do lado N ao lado P e de lacunas do lado P ao lado N. Iso significa que o voltaxe de difusión prevén que os portadores de carga cruzen a xunión.

Esta rexión é altamente resistiva debido ao esgotamento de portadores de carga libres nesta rexión. A anchura da rexión de esgotamento depende do voltaxe de polarización aplicado. A relación entre a anchura da rexión de esgotamento e o voltaxe de polarización pode representarse por unha ecuación chamada Ecuación de Poisson. Aquí, ε é a permitividade do semiconductor e V é o voltaxe de polarización. Polo tanto, na aplicación dun voltaxe de polarización directa, a anchura da rexión de esgotamento, isto é, a barreira de xunión PN, diminúe e, finalmente, desaparece.

Así, na ausencia de barreira de potencial a través da xunión nas condicións de polarización directa, os eléctrons libres entran na rexión P e as lacunas entran na rexión N, onde se recombinan e liberan un fóton en cada recombinación. Como resultado, haxa unha corrente directa que fluye a través do diodo. A corrente a través da xunión PN exprésase como. Aquí, o voltaxe V aplícase a través da xunión PN e a corrente total I, flue a través da xunión PN.

I s é a corrente de saturación inversa, e = carga do electrón, k é a constante de Boltzmann e T é a temperatura na escala Kelvin.

O gráfico de abaixo mostra a característica corrente-voltaxe dun diodo de xunión PN. Cando V é positivo, a xunión está polarizada directamente, e cando V é negativo, a xunión está polarizada inversamente. Cando V é negativo e menor que VTH, a corrente é mínima. Pero cando V excede VTH, a corrente repentinamente se torna moi alta. O voltaxe VTH coñécese como o voltaxe de umbral ou de corte. Para o diodo de silicio VTH = 0,6 V. A un voltaxe inverso correspondente ao punto P, hai un incremento brusco na corrente inversa. Esta parte das características coñécese como rexión de ruptura.