PN Junction Diode деген не?

Encyclopedia

Өріс: Энциклопедия

China

ПН бөлік диоды деген не?

ПН бөлік диоды

ПН бөлік диоды электроникада негізгі компонент болып табылады. Бұл түрдегі диодта, полупроводниктің бір жағы акцепторлық кемістіктермен (Р-түрлі) және екінші жағы донорлық кемістіктермен (N-түрлі) қамтырылады. Бұл диод ‘қадамды’ немесе ‘сызықты артушты’ бөлік ретінде саналуы мүмкін.

Қадамды ПН бөлік диодында, бөліктің екі жағында да допанттың концентрациясы бірдей. Сызықты артушты бөлікте, допанттың концентрациясы бөліктен бастап сызықты артып отырады. Егерхай вольттық напряжение қолданылмаса, бос электрондар Р-жағына, ал ауыртпалар N-жағына қозғалады, олар тамырлау қыламында бірігеді.

Бөліктің жақындағы Р-жағындагы акцепторлық атомдар теріс иондарға, ал N-жағындагы донорлық атомдар оң иондарға айналады. Бұл электр өрісін қалыптасып, электрондар мен ауыртпалардың қатынауын бас арады. Бұл ауыртпалар мен электрондар қатынауынан қалған иондармен қамтылған аймақ деп аталады.

Егер ПН бөлік диодына алмашы вольттық напряжение қолданылса, яғни батарейаның оң жағы Р-жағына қосылса, онда өріс аймағының қалыңдығы азаяды және зарядтар (ауыртпалар және бос электрондар) бөлік арқылы ағысады. Егер кері вольттық напряжение қолданылса, өріс аймағының қалыңдығы артып, зарядтар бөлік арқылы ағысуы мүмкін емес.

ПН бөлік диодының қасиеттері

Допанттың концентрациясы ND және NA болатын ПН бөлік диодын қарастырайық. Допанттың барлық атомдарының бос электрондарды ұсынуы және оң донорлық иондарға, ал акцепторлық атомдарының электрондарды қабылдауы және ауыртпаларды жасауын ескерсек, бос электрондардың (n) және донорлық иондардың (ND) концентрациясы тең болады, сол сияқты ауыртпалардың (p) және акцепторлық иондардың (NA) концентрациясы тең болады. Мұнда, қатынауынан пайда болған ауыртпалар және бос электрондарды ескермеуіміз керек.

ПН бөлік арқылы, N-түрлі жағындағы донорлық атомдар құрметінде пайда болған бос электрондар Р-түрлі жағына қозғалып, ауыртпалармен тамырлады. Сол сияқты, Р-түрлі жағындағы акцепторлық атомдар құрметінде пайда болған ауыртпалар N-түрлі жағына қозғалып, бос электрондармен тамырлады. Тамырлау процесінің соңында, бөлік арқылы бос зарядтар (бос электрондар және ауыртпалар) қатынауынан өткізгіштік деңгейі төмендейді. Бос зарядтар қатынауынан өткізгіштік деңгейі төмендеген аймақ өріс аймағы деп аталады.

Бос зарядтар (бос электрондар және ауыртпалар) жоғалуынан, N-түрлі жағындағы донорлық иондар және Р-түрлі жағындағы акцепторлық иондар бөлік арқылы қалып қойылады. Бұл оң донорлық иондар N-түрлі жағына, ал теріс акцепторлық иондар Р-түрлі жағына қозғалады, олар ПН бөлік арқылы зарядтарды қалып қояды. Бөлік арқылы пайда болған потенциал диффузиялық напряжение деп аталады. ПН бөлік диодының диффузиялық напряжениясы мына формуламен өрнектеледі. Диффузиялық напряжение N-түрлі жағынан Р-түрлі жағына қозғалуға болатын бос электрондар және Р-түрлі жағынан N-түрлі жағына қозғалуға болатын ауыртпалар үшін қатынау барьерін қалыптасады. Яғни, диффузиялық напряжение зарядтарды бөлік арқылы қозғалуын тартады.

Бұл аймақ бос зарядтардың қатынауынан өткізгіштік деңгейі төмендейді. Өріс аймағының қалыңдығы қолданылған вольттық напряженностьге байланысты болады. Өріс аймағының қалыңдығы мен вольттық напряженность арасындагы байланысты Пуассон теңдеуімен өрнектеуге болады. Мұнда, ε - полупроводниктің диэлектрикалық қасиеті, V - вольттық напряжение. Оң вольттық напряжение қолданылғанда, өріс аймағының қалыңдығы, яғни ПН бөлік барьері азаяды және соңында жоғалады.

Сонымен, оң вольттық напряжение қолданылғанда, бөлік арқылы бос электрондар Р-түрлі аймаққа, ал ауыртпалар N-түрлі аймаққа қозғалып, тамырлау үстінде фотондарды шығарады. Нәтижесінде, диод арқылы оң тəріздегі ағым ағысатын болады. ПН бөлік арқылы ағым мына формуламен өрнектеледі. Мұнда, V - ПН бөлікке қолданылған вольттық напряжение, I - ПН бөлік арқылы ағысатын ағым.

Is - кері насытылған ағым, e = электрондың заряды, k - Больцман тұрақтысы, T - температура Кельвин шкаласында.

Төмендегі график ПН бөлік диодының ағым-вольттық характеристикасын көрсетеді. V оң болғанда, бөлік оң вольттық напряжение үстінде, ал V теріс болғанда, бөлік кері вольттық напряжение үстінде болады. V теріс және VTH-тен кіші болғанда, ағым минималды. Бірақ V VTH-ден артық болғанда, ағым тез өседі. VTH потенциалдық барьер немесе оң тəріздегі ағымдың басталуын көрсетеді. Кремний диоды үшін VTH = 0,6 В. P нүктесіндегі кері вольттық напряжение үстінде, кері ағым тез өседі. Бұл характеристикалық аймақты бұзылу аймағы деп атайды.