Apakah dioda persimpangan PN?

Encyclopedia

Medan: Ensiklopedia

China

Apakah PN Junction Diode?

PN Junction Diode

Diode junction PN adalah komponen asas dalam elektronik. Dalam jenis diode ini, satu sisi semikonduktor diberi dopan dengan impurities penerima (P-type) dan sisi lainnya dengan impurities penyumbang (N-type). Diode ini boleh diklasifikasikan sebagai 'step graded' atau 'linearly graded' junction.

Dalam diode junction PN yang step graded, kepekatan dopan seragam pada kedua-dua sisi hingga ke junction. Dalam junction yang linearly graded, kepekatan dopan berubah hampir linear dengan jarak dari junction. Tanpa voltan yang dikenakan, elektron bebas bergerak ke sisi P dan lubang bergerak ke sisi N, di mana mereka bergabung.

Atom-atom penerima dekat junction pada sisi P menjadi ion negatif, dan atom-atom penyumbang dekat junction pada sisi N menjadi ion positif. Ini mencipta medan elektrik yang menentang difusi lebih lanjut elektron dan lubang. Wilayah ini dengan ion yang tidak tertutup disebut wilayah penghabisan.

Jika kita memberikan voltan bias muka ke diode junction PN. Ini bermaksud jika sisi positif bateri disambungkan ke sisi P, maka lebar wilayah penghabisan berkurang dan pembawa (lubang dan elektron bebas) mengalir melintasi junction. Jika kita memberikan voltan bias songsang ke diode, lebar penghabisan bertambah dan tidak ada muatan yang dapat mengalir melintasi junction.

Ciri-ciri Diode Junction PN

Mari kita pertimbangkan junction PN dengan kepekatan donor ND dan kepekatan penerima NA. Mari juga kita anggap bahawa semua atom donor telah menyumbangkan elektron bebas dan menjadi ion donor positif, dan semua atom penerima telah menerima elektron dan mencipta lubang yang bersesuaian dan menjadi ion penerima negatif. Jadi, kita boleh katakan kepekatan elektron bebas (n) dan ion donor ND adalah sama, dan secara serupa, kepekatan lubang (p) dan ion penerima (NA) adalah sama. Di sini, kita telah mengabaikan lubang dan elektron bebas yang dicipta dalam semikonduktor akibat impurities dan cacat yang tidak disengaja.

Di seberang junction PN, elektron bebas yang disumbangkan oleh atom-atom donor di sisi n-type berdifusi ke sisi p-type dan bergabung dengan lubang. Secara serupa, lubang yang dicipta oleh atom-atom penerima di sisi p-type berdifusi ke sisi n-type dan bergabung dengan elektron bebas. Setelah proses rekomposisi ini, terdapat kekurangan atau penghabisan pembawa muatan (elektron bebas dan lubang) di seberang junction. Wilayah di seberang junction di mana pembawa muatan bebas habis disebut wilayah penghabisan.

Akibat ketiadaan pembawa muatan bebas (elektron bebas dan lubang), ion donor sisi n-type dan ion penerima sisi p-type di seberang junction menjadi tidak tertutup. Ion-ion donor positif yang tidak tertutup menuju sisi n-type bersebelahan dengan junction dan ion-ion penerima negatif yang tidak tertutup menuju sisi p-type bersebelahan dengan junction menyebabkan muatan ruang di seberang junction PN. Potensial yang berkembang di seberang junction akibat muatan ruang ini disebut voltan difusi. Voltan difusi di seberang diode junction PN dapat dinyatakan sebagai Voltan difusi mencipta rintangan potensial untuk migrasi lebih lanjut elektron bebas dari sisi n-type ke sisi p-type dan lubang dari sisi p-type ke sisi n-type. Ini bermaksud voltan difusi mencegah pembawa muatan untuk melintasi junction.

Wilayah ini sangat resistif kerana penghabisan pembawa muatan bebas di wilayah ini. Lebar wilayah penghabisan bergantung pada voltan bias yang dikenakan. Hubungan antara lebar wilayah penghabisan dan voltan bias dapat diwakili oleh persamaan yang disebut Persamaan Poisson. Di sini, ε adalah permittivity semikonduktor dan V adalah voltan bias. Jadi, pada penerapan voltan bias muka, lebar wilayah penghabisan iaitu halangan junction PN berkurang dan akhirnya hilang.

Oleh itu, tanpa rintangan potensial di seberang junction dalam keadaan bias muka, elektron bebas memasuki wilayah p-type dan lubang memasuki wilayah n-type, di mana mereka bergabung dan melepaskan foton pada setiap rekomposisi. Sebagai hasilnya, akan ada arus muka yang mengalir melalui diode. Arus melalui junction PN dinyatakan sebagai Di sini, voltan V dikenakan di seberang junction PN dan arus total I mengalir melalui junction PN.

I s adalah arus saturasi songsang, e = muatan elektron, k adalah pemalar Boltzmann dan T adalah suhu dalam skala Kelvin.

Graf di bawah menunjukkan ciri-ciri arus-voltan diode junction PN. Ketika V positif, junction tersebut bias muka, dan ketika V negatif, junction tersebut bias songsang. Ketika V negatif dan kurang dari VTH, arus minimal. Tetapi ketika V melebihi VTH, arus tiba-tiba menjadi sangat tinggi. Voltan VTH dikenali sebagai voltan ambang atau cut in voltage. Untuk diode silikon VTH = 0.6 V. Pada voltan songsang yang sesuai dengan titik P, terdapat peningkatan mendadak dalam arus songsang. Bagian ciri-ciri ini dikenal sebagai wilayah breakdown.