რის წარმოადგენს PN ჯუნქციის დიოდი?

რა არის PN კავშირის დიოდი?

PN კავშირის დიოდი

PN კავშირის დიოდი არის ელექტრონიკის ბაზიური კომპონენტი. ამ ტიპის დიოდში სემიპროვოდორის ერთი გვერდი დაფუძნებულია აკცეპტორული არასწორი (P-ტიპი) და მეორე გვერდი დონორული არასწორი (N-ტიპი). ეს დიოდი შეიძლება კლასიფიცირდეს როგორც 'ფაზის გრადირებული' ან 'წრფივად გრადირებული' კავშირი.

ფაზის გრადირებულ PN კავშირის დიოდში დაფუძნებული კონცენტრაცია ერთი და იგივეა კავშირის ორივე გვერდით. წრფივად გრადირებულ კავშირში დაფუძნების კონცენტრაცია თითქმის წრფივად იცვლება კავშირიდან დაშორებით. როდესაც არ არის გარეშე ვოლტის გადაწყვეტილი, თავისუფალი ელექტრონები მიდიან P-გვერდზე და ხარისხები N-გვერდზე, სადაც ისინი შეერთებიან.

P-გვერდზე კავშირის ახლოს მდებარე აკცეპტორული ატომები ხდებიან უარყოფითი იონები, ხოლო N-გვერდზე დონორული ატომები ხდებიან დადებითი იონები. ეს ქმნის ელექტროსადგურს, რომელიც წინააღმდეგობს ელექტრონების და ხარისხების დამატებით დიფუზიას. ეს რეგიონი უარყოფითი იონებით არის დაკავშირებული და ეწოდება დეპლექციის რეგიონს.

თუ ჩვენ გადავწყვეტთ წინასწარ დახრილი ვოლტის პირობას PN კავშირის დიოდზე. ეს ნიშნავს, რომ ბატარეის დადებითი გვერდი დაკავშირდება P-გვერდს, მაშინ დეპლექციის რეგიონის სიგანე შემცირდება და არადართული ელექტრონები და ხარისხები დიფუზირდებიან კავშირის გარეშე. თუ ჩვენ გადავწყვეტთ უკუსვრილ დახრილი ვოლტის პირობას დიოდზე, დეპლექციის სიგანე ზრდას იღებს და არ შეიძლება დართის გადატარება კავშირის გარეშე.

P-N კავშირის დიოდის მახასიათებლები

დავუშვათ, რომ გვაქვს pn კავშირი დონორული კონცენტრაციით ND და აკცეპტორული კონცენტრაციით NA. დავუშვათ, რომ ყველა დონორული ატომი გადასცა თავისუფალი ელექტრონები და გახდა დადებითი დონორული იონი და ყველა აკცეპტორული ატომი დაიღო ელექტრონები და შექმნა შესაბამისი ხარისხები და გახდა უარყოფითი აკცეპტორული იონი. ასე რომ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ თავისუფალი ელექტრონების (n) და დონორული იონების (ND) კონცენტრაციები ერთი და იგივეა და ანალოგიურად, ხარისხების (p) და აკცეპტორული იონების (NA) კონცენტრაციები ერთი და იგივეა. აქ ჩვენ გავუშვით ისეთი ხარისხები და თავისუფალი ელექტრონები, რომლებიც შეიქმნება სემიპროვოდორებში უნარჩენობის და დაზიანების გამო.

Pn კავშირის გარეშე დონორული ატომების მიერ გადაცემული თავისუფალი ელექტრონები n-ტიპის გვერდიდან დიფუზირდებიან p-ტიპის გვერდზე და შეერთებიან ხარისხებთან. ანალოგიურად, p-ტიპის გვერდზე აკცეპტორული ატომების მიერ შექმნილი ხარისხები დიფუზირდებიან n-ტიპის გვერდზე და შეერთებიან თავისუფალ ელექტრონებთან. ამ რეკომბინაციის პროცესის შემდეგ, კავშირის გარეშე არ არის დართის შემქმნელები (თავისუფალი ელექტრონები და ხარისხები). კავშირის გარეშე რეგიონი, სადაც თავისუფალი დართის შემქმნელები დეპლექცირდებიან, ეწოდება დეპლექციის რეგიონს.

თავისუფალი დართის შემქმნელების (თავისუფალი ელექტრონები და ხარისხები) არაარსებობის გამო, n-ტიპის გვერდის დონორული იონები და p-ტიპის გვერდის აკცეპტორული იონები კავშირის გარეშე ხდებიან უარყოფითი. ეს დადებითი უარყოფითი დონორული იონები n-ტიპის გვერდზე და უარყოფითი უარყოფითი აკცეპტორული იონები p-ტიპის გვერდზე კავშირის გარეშე ქმნიან სივრცის დართას. ეს სივრცის დართა ქმნის დიფუზიის ვოლტის პოტენციალს. Pn კავშირის დიოდის დიფუზიის ვოლტის პოტენციალი შეიძლება გამოისახოს როგორც დიფუზიის ვოლტის პოტენციალი. დიფუზიის ვოლტის პოტენციალი ქმნის პოტენციალურ ბარიერს თავისუფალი ელექტრონების და n-ტიპის გვერდიდან p-ტიპის გვერდზე და ხარისხების p-ტიპის გვერდიდან n-ტიპის გვერდზე დართის გადატარებისთვის. ეს ნიშნავს, რომ დიფუზიის ვოლტის პოტენციალი არასდროს დართის შემქმნელები გადავიდეს კავშირის გარეშე.

 ეს რეგიონი მაღალი რეზისტენტულია თავისუფალი დართის შემქმნელების დეპლექციის გამო. დეპლექციის რეგიონის სიგანე დამოკიდებულია გადაწყვეტილი დახრილი ვოლტის ზე. დეპლექციის რეგიონის სიგანესა და დახრილი ვოლტის შორის ურთიერთდამოკიდებულება შეიძლება გამოისახოს პუასონის განტოლებით. აქ ε არის სემიპროვოდორის პერმიტივობა და V არის დახრილი ვოლტი. ასე რომ, წინასწარ დახრილი ვოლტის გადაწყვეტილი პირობის შემდეგ დეპლექციის რეგიონის სიგანე, ანუ pn კავშირის ბარიერი შემცირდება და ბოლოს იშლება.

ასე რომ, კავშირის გარეშე პოტენციალური ბარიერის არაარსებობის წინასწარ დახრილი ვოლტის პირობის შემდეგ თავისუფალი ელექტრონები შედიან p-ტიპის რეგიონში და ხარისხები შედიან n-ტიპის რეგიონში, სადაც ისინი შეერთებიან და გამოიტანენ ფოტონს თითოეული რეკომბინაციის შემდეგ. შედეგად, დიოდის გარეშე იქნება წინასწარ დართა. Pn კავშირის დართის გადატარება შეიძლება გამოისახოს როგორც აქ. აქ, ვოლტი V არის გადაწყვეტილი pn კავშირის გარეშე და სრული დართა I გადის pn კავშირის გარეშე.

I s არის უკუსვრილი სატურაციის დართა, e = ელექტრონის დართა, k არის ბოლცმანის მუდმივა და T არის ტემპერატურა კელვინის სკალაზე.

ქვემოთ მოცემული გრაფიკი აჩვენებს PN კავშირის დიოდის დართის-ვოლტის მახასიათებლებს. როდესაც V არის დადებითი, კავშირი წინასწარ დახრილია, ხოლო როდესაც V არის უარყოფითი, კავშირი უკუსვრილია. როდესაც V არის უარყოფითი და ნაკლები VTH-ზე, დართა მინიმალურია. მაგრამ როდესაც V აღემატება VTH-ს, დართა უცებაც ხდება ძალიან მაღალი. ვოლტი VTH ცნობილია როგორც თარგმანის ან შესასვრელი ვოლტი. სილიკონის დიოდისთვის VTH = 0.6 V. უკუსვრილი ვოლტის შესაბამის წერტილში P არის უცებაც უკუსვრილი დართის ზრდა. ეს მახასიათებელი ნაწილი ცნობილია როგორც დახრილი რეგიონი.

ფაზის გრადირებული კავშირი

ფაზის გრადირებულ კავშირში დაფუძნების კონცენტრაცია ერთი და იგივეა კავშირის ორივე გვერდით.

დეპლექციის რეგიონი

დეპლექციის რეგიონი ქმნის კავშირის გარეშე, სადაც თავისუფალი ელექტრონები და ხარისხები შეერთებიან და ქმნიან რეგიონს სადაც არ არის თავისუფალი დართის შემქმნელები.

წინასწარ დახრილი

წინასწარ დახრილის გადაწყვეტა შემცირებს დეპლექციის რეგიონის სიგანეს და შესაძლებლობას აძლევს დართის გადატარებას.

უკუსვრილი დახრილი

უკუსვრილი დახრილის გადაწყვეტა ზრდის დეპლექციის რეგიონის სიგანეს და დართის გადატარებას დააბლოკებს მანამდე, სანამ დახრილი ვოლტი არ მიერთდება დახრილის ვოლტს.