ਕੀ ਹੈ ਇੱਕ PN ਜੰਕਸ਼ਨ ਡਾਇਓਡ?

پی این جنکشن ڈائود کیا ہے؟

پی این جنکشن ڈائود

پی این جنکشن ڈائود الیکٹرانکس میں ایک بنیادی حصہ ہے۔ اس قسم کے ڈائود میں، سیمی کنڈکٹر کی ایک طرف قبول کرنے والی ناخالصیوں (پی-ٹائپ) سے اور دوسری طرف دینے والی ناخالصیوں (این-ٹائپ) سے ڈوپ کیا جاتا ہے۔ یہ ڈائود 'سٹیپ گریڈ' یا 'لائنیرلی گریڈ' جنکشن کے طور پر درج کیا جا سکتا ہے۔

سٹیپ گریڈ پی این جنکشن ڈائود میں، دونوں طرف تک ڈوپنٹ کی کثافت یکساں ہوتی ہے۔ لائنیرلی گریڈ جنکشن میں، ڈوپنٹ کی کثافت جنکشن سے فاصلے کے ساتھ تقریباً لکیری طور پر بدل جاتی ہے۔ کسی بھی ولٹیج کو لاگو کیے بغیر، آزاد الیکٹرانز پی-ٹائپ طرف منتقل ہوتے ہیں اور ہولز این-ٹائپ طرف منتقل ہوتے ہیں، جہاں وہ مل جاتے ہیں۔

جنکشن کے قریب پی-ٹائپ کے قبول کرنے والے اتم کے منفی آئن کے طور پر بن جاتے ہیں، اور این-ٹائپ کے قریب دینے والے اتم کے مثبت آئن کے طور پر بن جاتے ہیں۔ یہ ایک برقی میدان بناتا ہے جو الیکٹرانز اور ہولز کے مزید پھیلاؤ کو روکتا ہے۔ یہ ریجن جہاں آئن کے غیر مکشوف ہوتے ہیں، کو ڈیپلیشن ریجن کہا جاتا ہے۔

اگر ہم پی-این جنکشن ڈائود کو فروارڈ بائیس ولٹیج لاگو کرتے ہیں۔ یعنی اگر بیٹری کی مثبت طرف کو پی-ٹائپ سے جوڑا جائے تو ڈیپلیشن ریجن کی چوڑائی کم ہوجاتی ہے اور کیریئرز (ہولز اور آزاد الیکٹرانز) جنکشن کے پار بہتے ہیں۔ اگر ہم ڈائود کو ریورس بائیس ولٹیج لاگو کرتے ہیں، تو ڈیپلیشن کی چوڑائی بڑھ جاتی ہے اور کوئی شارج جنکشن کے پار بہنے کی صلاحیت نہیں رکھتا۔

پی-این جنکشن ڈائود کی خصوصیات

چلو ہم ایک پی-این جنکشن کو دیکھیں جس میں ڈونر کنسینٹریشن ND اور ایکسپٹر کنسینٹریشن NA ہے۔ ہم بھی فرض کرتے ہیں کہ تمام ڈونر اتم نے آزاد الیکٹرانز کو دیا ہے اور مثبت ڈونر آئن بن گئے ہیں اور تمام ایکسپٹر اتم نے الیکٹرون کو قبول کیا ہے اور متعلقہ ہولز بنائے ہیں اور منفی ایکسپٹر آئن بن گئے ہیں۔ تو ہم کہ سکتے ہیں کہ آزاد الیکٹرانز (n) اور ڈونر آئن ND کی کنسینٹریشن ایک جیسی ہے اور مشابہ طور پر ہولز (p) اور ایکسپٹر آئن (NA) کی کنسینٹریشن ایک جیسی ہے۔ یہاں ہم نے غیر مقصودی ناخالصیوں اور عیوب کے باعث بننے والے ہولز اور آزاد الیکٹرانز کو نظر انداز کر دیا ہے۔

پی-این جنکشن کے پار، n-ٹائپ طرف سے ڈونر اتم کے ذریعہ دیے گئے آزاد الیکٹرانز پی-ٹائپ طرف منتقل ہوتے ہیں اور ہولز کے ساتھ مل جاتے ہیں۔ مشابہ طور پر، p-ٹائپ طرف سے ایکسپٹر اتم کے ذریعہ بنائے گئے ہولز n-ٹائپ طرف منتقل ہوتے ہیں اور آزاد الیکٹرانز کے ساتھ مل جاتے ہیں۔ یہ ریکمبائن کے بعد، جنکشن کے پار کیریئرز (آزاد الیکٹرانز اور ہولز) کی کمی یا ڈیپلیشن ہوتی ہے۔ جنکشن کے پار کیریئرز کی ڈیپلیشن ہونے والے علاقے کو ڈیپلیشن ریجن کہا جاتا ہے۔

آزاد شارج کیریئرز (آزاد الیکٹرانز اور ہولز) کی کمی کے باعث، n-ٹائپ طرف کے ڈونر آئن اور p-ٹائپ طرف کے ایکسپٹر آئن جنکشن کے پار غیر مکشوف ہوتے ہیں۔ ان مثبت غیر مکشوف ڈونر آئن n-ٹائپ طرف کے قریب جنکشن کے پاس اور منفی غیر مکشوف ایکسپٹر آئن p-ٹائپ طرف کے قریب جنکشن کے پاس ایک سپیس چارج کا باعث بناتے ہیں۔ جنکشن کے پار یہ سپیس چارج کی وجہ سے پیدا ہونے والی پوٹنشل کو ڈیفیوژن ولٹیج کہا جاتا ہے۔ پی-این جنکشن ڈائود کے پار ڈیفیوژن ولٹیج کو یوں ظاہر کیا جا سکتا ہے۔ ڈیفیوژن پوٹنشل آزاد الیکٹرانز کے n-ٹائپ سے p-ٹائپ طرف اور ہولز کے p-ٹائپ سے n-ٹائپ طرف کے مزید ہجرت کے لیے ایک پوٹنشل بریئر بناتا ہے۔ یعنی ڈیفیوژن پوٹنشل کیریئرز کو جنکشن کے پار کراس کرنے سے روکتا ہے۔

 یہ علاقہ آزاد شارج کیریئرز کی ڈیپلیشن کی وجہ سے بہت مقاوم ہوتا ہے۔ ڈیپلیشن ریجن کی چوڑائی لاگو کردہ بائیس ولٹیج پر منحصر ہوتی ہے۔ ڈیپلیشن ریجن کی چوڑائی اور بائیس ولٹیج کے درمیان تعلق کو ایک مساوات کے ذریعے ظاہر کیا جا سکتا ہے جسے پوئسن مساوات کہا جاتا ہے۔ یہاں ε سیمی کنڈکٹر کی پرمٹیوٹی ہے اور V بائیسنگ ولٹیج ہے۔ تو، فروارڈ بائیس ولٹیج کے لاگو کرنے پر ڈیپلیشن ریجن یعنی پی-این جنکشن بریئر کی چوڑائی کم ہو جاتی ہے اور آخر کار ختم ہو جاتی ہے۔

اس لیے، فروارڈ بائیس حالت میں جنکشن کے پار پوٹنشل بریئر کی غیر موجودگی میں آزاد الیکٹرانز p-ٹائپ علاقے میں داخل ہوتے ہیں اور ہولز n-ٹائپ علاقے میں داخل ہوتے ہیں، جہاں وہ مل کر ہر ریکمبائن کے وقت ایک فوٹون کو رہا کرتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، ڈائود کے پار ایک فروارڈ کرنٹ بہتے ہوگا۔ پی-این جنکشن کے پار کرنٹ کو یوں ظاہر کیا جا سکتا ہے۔ یہاں، ولٹیج V پی-این جنکشن کے پار لاگو کیا جاتا ہے اور کل کرنٹ I پی-این جنکشن کے پار بہتا ہے۔

I s ریورس سیچریشن کرنٹ ہے، e = الیکٹران کا شارج، k بولٹزمن کانسٹنٹ ہے اور T کیلن میں ٹیمپریچر ہے۔

نیچے دیا گیا گراف پی-این جنکشن ڈائود کی کرنٹ-ولٹیج خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔ جب V مثبت ہو تو جنکشن فروارڈ بائیس ہوتا ہے، اور جب V منفی ہو تو جنکشن ریورس بائیس ہوتا ہے۔ جب V منفی ہو اور VTH سے کم ہو تو کرنٹ کم ہوتا ہے۔ لیکن جب V VTH سے زیادہ ہو تو کرنٹ ناگہان بہت زیادہ ہو جاتا ہے۔ ولٹیج VTH کو تھریشہولڈ یا کٹ ان ولٹیج کہا جاتا ہے۔ سلیکون ڈائود کے لیے VTH = 0.6 V ہوتا ہے۔ ریورس ولٹیج کے دوران پوائنٹ P کے مطابق ریورس کرنٹ میں ناگہانی اضافہ ہوتا ہے۔ یہ خصوصیات کا ایک حصہ براک ڈاؤن ریجن کے طور پر جانے جاتا ہے۔

سٹیپ گریڈ جنکشن

سٹیپ گریڈ جنکشن میں، ڈوپنٹ کی کنسینٹریشن دونوں طرف تک یکساں ہوتی ہے۔

ڈیپلیشن ریجن

ڈیپلیشن ریجن جنکشن پر بنتا ہے جہاں آزاد الیکٹرانز اور ہولز مل کر کوئی آزاد شارج کیریئرز باقی نہیں رہتے۔

فروارڈ بائیس

فروارڈ بائیس لاگو کرنے سے ڈیپلیشن ریجن کی چوڑائی کم ہوجاتی ہے، جس سے کرنٹ بہ سکتا ہے۔

ریورس بائیس

ریورس بائیس لاگو کرنے سے ڈیپلیشن ریجن کی چوڑائی بڑھ جاتی ہے، کرنٹ کو روکتا ہے تاکہ براک ڈاؤن ولٹیج تک پہنچ جائے۔