Ինչ է PN կապույտը

Ինչ է PN կապույտը?

PN կապույտ

PN կապույտը էլեկտրոնիկայի հիմնական կոմպոնենտ է: Այս տիպի կապույտում սեմիպրոցեսորի մի կողմը կայանավորվում է ընդունող թափանցակարգով (P-տիպ), իսկ մյուս կողմը՝ տարածող թափանցակարգով (N-տիպ): Այս կապույտը կարող է դասակարգվել որպես կամ «քայլային գրադացի» կամ «գծային գրադացի» կապ:

Քայլային գրադացի PN կապույտում թափանցակարգի կոնցենտրացիան հաստատուն է կապի երկու կողմերում: Գծային գրադացի կապույտում թափանցակարգի կոնցենտրացիան գծային կերպով փոփոխվում է կապից հեռավորության հետ: Երբ ոչ մի լարում չի կիրառվում, ազատ էլեկտրոնները շարժվում են P-կողմը և խորանարդները շարժվում են N-կողմը, որտեղ նրանք համադրվում են:

P-կողմի կապի մոտ ընկած ընդունող ատոմները դառնում են բացասական իոններ, իսկ N-կողմի կապի մոտ ընկած տարածող ատոմները դառնում են դրական իոններ: Սա ստեղծում է էլեկտրական դաշտ, որը դեն է դնում էլեկտրոնների և խորանարդների հետագա դիֆուզիային: Այս շրջանը, որտեղ իոնները անծածկ են, կոչվում է դեպրեսային շրջան:

Եթե կիրառենք դիմական լարում PN կապույտին, այսինքն եթե բատարիայի դրական կողմը կապենք P-կողմին, ապա դեպրեսային շրջանի լայնությունը նվազում է և կարիերները (խորանարդները և ազատ էլեկտրոնները) հոսում են կապի միջով: Եթե կիրառենք հակադիմական լարում, դեպրեսային շրջանի լայնությունը աճում է և լարումը չի կարող հոսել կապի միջով:

PN կապույտի հատկությունները

Դիցուք ունենք PN կապ, որտեղ տարածող կոնցենտրացիան ND է, իսկ ընդունող կոնցենտրացիան NA է: Դիցուք նաև ենթադրենք, որ բոլոր տարածող ատոմները տարածել են ազատ էլեկտրոններ և դարձել են դրական տարածող իոններ, իսկ բոլոր ընդունող ատոմները ընդունել են էլեկտրոններ և ստեղծել են համապատասխան խորանարդներ և դարձել են բացասական ընդունող իոններ: Այսպիսով, կարող ենք ասել, որ ազատ էլեկտրոնների (n) և տարածող իոնների (ND) կոնցենտրացիան նույնն է, ինչպես նաև խորանարդների (p) և ընդունող իոնների (NA) կոնցենտրացիան նույնն է: Այստեղ ենք նախատեսել սեմիպրոցեսորներում անպահանջված թափանցակարգների և սխալների պատճառով ստեղծված խորանարդները և ազատ էլեկտրոնները:

PN կապի մոտ տարածող ատոմները ն-տիպ կողմից ներկայացրած ազատ էլեկտրոնները դիֆուզում են p-տիպ կողմը և համադրվում են խորանարդների հետ: Նմանապես, ընդունող ատոմները p-տիպ կողմից ներկայացրած խորանարդները դիֆուզում են n-տիպ կողմը և համադրվում են ազատ էլեկտրոնների հետ: Համադրումից հետո կապի մոտ առաջանում է կարիերների (ազատ էլեկտրոնների և խորանարդների) բացակայություն: Այս շրջանը, որտեղ ազատ կարիերները բացակայում են, կոչվում է դեպրեսային շրջան:

Որպես ազատ կարիերների (ազատ էլեկտրոնների և խորանարդների) բացակայության արդյունք, n-տիպ կողմի դրական անծածկ տարածող իոնները և p-տիպ կողմի բացասական անծածկ ընդունող իոնները ստեղծում են կապի մոտ տարածային լադում: Կապի մոտ ստեղծված պոտենցիալը կոչվում է դիֆուզիայի լարում: PN կապույտի դիֆուզիայի լարումը կարող է արտահայտվել հետևյալ հավասարմամբ: Դիֆուզիայի պոտենցիալը ստեղծում է պոտենցիալ բարիեր ազատ էլեկտրոնների ն-տիպ կողմից դեպի p-տիպ և խորանարդների p-տիպ կողմից դեպի n-տիպ հետագա միգրացիայի համար: Այսինքն դիֆուզիայի պոտենցիալը սպասարկում է կարիերների կապի մոտ հատումը:

 Այս շրջանը բարձր օմիկոն է, քանի որ այնտեղ ազատ կարիերները բացակայում են: Դեպրեսային շրջանի լայնությունը կախված է կիրառված լարումից: Դեպրեսային շրջանի լայնության և լարումի միջև կապը կարող է ներկայացվել Պոյսոնի հավասարմամբ: Այստեղ ε սեմիպրոցեսորի պարագայական էլեկտրական հաստատունն է, V-ն լարումը է: Այսպիսով, դիմական լարումի կիրառման դեպքում դեպրեսային շրջանի լայնությունը, այսինքն PN կապի բարիերը նվազում է և վերջնականապես անհետանում է:

Այսպիսով, դիմական լարումի պայմաններում կապի մոտ պոտենցիալ բարիերի բացակայության դեպքում ազատ էլեկտրոնները մտնում են p-տիպ շրջանը, իսկ խորանարդները մտնում են n-տիպ շրջանը, որտեղ նրանք համադրվում են և յուրաքանչյուր համադրումից հետո ազատում են ֆոտոն: Արդյունքում, կապույտով հոսում է դիմական հոսանք: PN կապույտի միջով հոսանքը արտահայտվում է հետևյալ հավասարմամբ: Այստեղ V-ն կիրառված լարումն է, I-ն հոսող ընդհանուր հոսանքը PN կապույտի միջով է:

Is-ը հակադիմական ամպլիտուդի հոսանքն է, e-ն էլեկտրոնի լարումն է, k-ն Բոլցմանի հաստատունն է, T-ն տեմպերատուրան է Կելվին միավորով:

Հետևյալ գրաֆիկը ցույց է տալիս PN կապույտի հոսանք-լարում բնութագիրը: Երբ V դրական է, կապույտը դիմական լարում է, իսկ երբ V բացասական է, կապույտը հակադիմական լարում է: Երբ V բացասական է և փոքր է VTH-ից, հոսանքը նվազագույն է: Բայց երբ V գերազանցում է VTH, հոսանքը անկայունորեն աճում է: VTH լարումը կոչվում է սահմանային կամ կտրում լարում: Սիլիկոն կապույտի համար VTH = 0.6 V: Հակադիմական լարումը, որը համապատասխանում է P կետին, հոսանքը անկայունորեն աճում է: Այս բնութագրի մասը կոչվում է կոլապսի շրջան:

Քայլային գրադացի կապ

Քայլային գրադացի կապում թափանցակարգի կոնցենտրացիան հաստատուն է կապի երկու կողմերում:

Դեպրեսային շրջան

Դեպրեսային շրջանը կառուցվում է կապի մոտ, որտեղ ազատ էլեկտրոնները և խորանարդները համադրվում են, ստեղծելով ազատ կարիերների բացակայություն:

Դիմական լարում

Դիմական լարումի կիրառումը նվազում է դեպրեսային շրջանի լայնությունը, թույլ տալիս հոսանքի հոսել:

Հակադիմական լարում

Հակադիմական լարումի կիրառումը աճում է դեպրեսային շրջանի լայնությունը, արգելավորելով հոսանքի հոսելը մինչև կոլապսի լարումը հասնելը: