X’huwa l-diwdiġ PN Junction?

X’hu PN Junction Diode?

PN Junction Diode

Il-PN junction diode hu komponenti bażiku fil-elettronika. F’dan tip ta’ diode, l-istit laqas mill-baħar tal-konduċtur jinġemmu ma’ impurità tal-akċett (P-type) u l-oħra ma’ impurità tad-donazzjoni (N-type). Din id-diode tista’ tkun klassifikata bħala ‘step graded’ jew ‘linearly graded’ junction.

F’PN junction diode step graded, il-konċenżazzjoni tad-dopant hija uniformali f’l-iktar parti mill-lemin għal l-iktar parti mill-lemin sal-għatba. F’linearly graded junction, il-konċenżazzjoni tad-dopant tagħbija kbirment linjar bl-isbar tal-lemin mill-għatba. B’l-aħwa mhux applikat, l-elektroņi ħurrin jiżġgħu ftit lejn is-silġ P u l-fjura jiżġgħu ftit lejn is-silġ N, fejn jkunu jkombinaw.

L-atomi tal-akċett qrib mill-għatba fis-silġ P jisilġu l-ioni negattivi, u l-atomi tad-donazzjoni qrib mill-għatba fis-silġ N jisilġu l-ioni pożittivi. Dan jagħmel kamp elettriku li joppoża l-diffużjoni ulterjuri tal-elektroņi u tal-fjura. Dan ir-regjun b’l-ioni mhux miftuħ huwa magħruf bħala regjun tad-deplezzjoni.

Jekk applikaw volttaġġ forward bias għal p-n junction diode. Dawk jgħidu li l-linja pożittiva tal-batterija tkun mekkonnessa mal-p-side, ikollok il-wisa’ tas-silġ tad-deplezzjoni jidherġel, u l-karriġer (fjura u elektroņi ħurrin) jispicċaw fuq il-għatba. Jekk applikaw volttaġġ reverse bias għal id-diode, il-wisa’ tas-silġ tad-deplezzjoni jiżdied, u l-ebda karriġer jista’ jispicċa fuq il-għatba.

Karatteristiċi tal-P-N Junction Diode

Ħalli nikkonsidraw pn junction b’konċenżazzjoni tad-donatur ND u konċenżazzjoni tal-akċett NA. Nghiduk ukoll li kollu l-atomi tad-donatur donaw elektroņi ħurrin u saret ioni pożittivi tad-donatur, u kollu l-atomi tal-akċett akċettaw elektroņi u kkreatu fjura u saret ioni negattivi tal-akċett. Allura nghiduk li l-konċenżazzjoni tal-elektroņi ħurrin (n) u l-ioni tad-donatur ND huma l-istess, u b’moħħ l-konċenżazzjoni tal-fjura (p) u l-ioni tal-akċett (NA) huma l-istess. Hawn, ingnorajna l-fjura u l-elektroņi ħurrin kkreati fl-konduċturi minħabba l-impurità mhux intenzjonali u d-difetti.

Fuq il-pn junction, l-elektroņi ħurrin donati mill-atomi tad-donatur fis-silġ N jidfużaw għal silġ P u jiġu recombini ma’ l-fjura. B’simili, l-fjura kkreati mill-atomi tal-akċett fis-silġ P jidfużaw għal silġ N u jiġu recombini ma’ l-elektroņi ħurrin. Wara dan il-proċess ta’ recombination, ikun hemm mankan jew deplezzjoni tal-karriġer (elektroņi ħurrin u fjura) fuq il-għatba. Il-regjun fuq il-għatba fejn ikun hemm deplezzjoni tal-karriġer ħurrin huwa magħruf bħala regjun tad-deplezzjoni.

Għall-mankanza tal-karriġer ħurrin (elektroņi ħurrin u fjura), l-ioni tad-donatur tal-silġ N u l-ioni tal-akċett tal-silġ P fuq il-għatba jkunu mgħluqin. Dawn l-ioni pożittivi mhux miftuħa hafna lejn is-silġ N ħafna lejn il-għatba u l-ioni negattivi mhux miftuħa hafna lejn is-silġ P ħafna lejn il-għatba jagħmlu spazju tal-karriġer fuq il-pn junction. Il-volttagġ moħħol fuq il-għatba minħabba dan is-spazju tal-karriġer huwa magħruf bħala diffużjoni volttagġ. Id-diffużjoni volttagġ fuq pn junction diode tista’ tkun espresja bħalhekk: Id-diffużjoni potenzjal tħassib barriera potenzjal għad-diffużjoni ulterjuri tal-elektroņi ħurrin mis-silġ N għal silġ P u l-fjura mis-silġ P għal silġ N. Dawk jgħidu li l-diffużjoni potenzjal tpreveni l-karriġer miċċa lil ghadd għal il-għatba.

 Dan ir-regjun huwa b’moħħ resistenti għall-mankanza tal-karriġer ħurrin fi dan ir-regjun. Il-wisa’ tas-silġ tad-deplezzjoni idependi mill-volttagġ tal-bias applicat. Ir-relazzjoni bejn il-wisa’ tas-silġ tad-deplezzjoni u l-volttagġ tal-bias tista’ tkun rappreżentata b’equazzjoni magħrufa bħala Poisson Equation. Hawn, ε huwa l-permittività tal-konduċturi u V huwa l-volttagġ tal-bias. Għalhekk, fuq l-applikazzjoni ta’ volttagġ forward bias, il-wisa’ tas-silġ tad-deplezzjoni, jiġi skont, ixxerrap u l-aħħar jiġi skont.

Allura, bla barriera potenzjal fuq il-għatba fit-kondizzjoni forward bias, l-elektroņi ħurrin jidħlu fis-silġ P u l-fjura jidħlu fis-silġ N, fejn jiġu recombini u jrilascjaw fotoni f’kull recombination. Bil-għaxxi, ikun hemm kurrent forward li jispicċa mit-telf. Il-kurrent fuq il-PN junction jingħaqad bħalhekk: Hawn, il-volttagġ V huwa applikat fuq il-pn junction u l-kurrent total I, jispicċa fuq il-pn junction.

I s huwa kurrent reverse saturation, e = carica tal-elektroņ, k huwa kostanti Boltzmann u T huwa temperatura fl-skala Kelvin.

Il-grafiku tħallie jippergħa l-kurrent-volttagġ karatteristiku ta’ PN junction diode. Meta, V huwa pożittiv, il-għatba hi forward biased, u meta V huwa negattiv, il-għatba hi reverse biased. Meta V huwa negattiv u inqas minn VTH, il-kurrent huwa minimu. Imma meta V ikkompla VTH, il-kurrent sabitament jdiventa ħafna. Il-volttagġ VTH huwa magħruf bħala threshold jew cut in voltage. Għal Silicon diode VTH = 0.6 V. Fuq l-volttagġ reverse korrispondenti mal-punt P, ikun hemm increment repentin fil-kurrent reverse. Din il-parti tal-karatteristiki hi magħrufa bħala regjun breakdown.

Step Graded Junction

F’step graded junction, il-konċenżazzjoni tad-dopant hija uniformali sal-għatba f’l-iktar parti mill-lemin.

Regjun tad-Deplezzjoni

Ir-regjun tad-deplezzjoni jikkostwija fuq il-għatba fejn l-elektroņi ħurrin u l-fjura jiġu recombini, li jkkrea regjun b’l-ebda karriġer ħurrin.

Forward Bias

L-applikazzjoni ta’ forward bias tiddwarx il-wisa’ tas-silġ tad-deplezzjoni, li tgħallim il-kurrent biex jispicċa.

Reverse Bias

L-applikazzjoni ta’ reverse bias tidderċiefa l-wisa’ tas-silġ tad-deplezzjoni, li tblokka l-kurrent biex jispicċa sakemm ma tikseb il-volttagġ ta’ breakdown.