Kaj je dioda PN preloma?

Kaj je PN prelivna dioda?

PN prelivna dioda

PN prelivna dioda je osnovni komponent v elektroniki. V tem tipu diode je ena stran polprevodnika dopirana s sprejemnimi nečistotami (P-tip) in druga stran z donatorjskimi nečistotami (N-tip). Ta dioda se lahko razdeli na 'stopnjevano' ali 'linearno stopnjevano' prelivo.

V stopnjevani PN prelivni diodi je koncentracija dopantov enakomerna na obeh straneh do preliva. V linearno stopnjevanem prelivu se koncentracija dopiranja skoraj linearno spreminja z odmikom od preliva. Brez uporabe napetosti se proste elektroni premikajo na P-stran in luknje na N-stran, kjer se združijo.

Sprejemne atome blizu preliva na P-strani postanejo negativni ion, in donatorjski atomi blizu preliva na N-strani postanejo pozitivni ion. To ustvari električno polje, ki se nasprotuje nadaljnjemu difuziranju elektronov in luknj. Ta območje z odkritimi ioni se imenuje izčrpano območje.

Če pripomočku PN prelivne diode priključimo napetost v smeri naprej. To pomeni, če pozitivna stran baterije povežemo na P-stran, potem se širina izčrpanega območja zmanjša in nosilci (luknje in prosti elektroni) tečejo preko preliva. Če pripomočku diode priključimo obratno napetost, se širina izčrpanega območja poveča in nihče naboj ne more teči preko preliva.

Značilnosti PN prelivne diode

Razmislimo o PN prelivu z koncentracijo donatorjev ND in koncentracijo sprejemnikov NA. Prav tako predpostavljamo, da so vsi donatorji dali proste elektrone in postali pozitivni donatorski ion, in vsi sprejemniki so sprejeli elektrone in ustvarili ustreznice luknje in postali negativni sprejemniški ion. Torej lahko rečemo, da je koncentracija prostih elektronov (n) in donatorskih ionov ND enaka, podobno tudi koncentracija luknj (p) in sprejemniških ionov (NA). Tukaj smo ignorirali luknje in proste elektrone, ustvarjene v polprevodnikih zaradi nenamernih nečistot in defektov.

Preko PN preliva se proste elektroni, dati od donatorjev v N-tip strani, difundirajo na P-tip stran in se združijo z luknjami. Podobno se luknje, ustvarjene od sprejemnikov v P-tip strani, difundirajo na N-tip stran in se združijo z prostim elektronom. Po tem procesu rekompleksije je manjkajoča ali izčrpana koncentracija nosilcev (prostih elektronov in luknj) preko preliva. Območje preko preliva, kjer so proste nosilce izčrpali, se imenuje izčrpano območje.

Zaradi odsotnosti prostih nosilcev (prostih elektronov in luknj) se donatorski ioni N-tip strani in sprejemniški ioni P-tip strani preko preliva odkrijejo. Ti pozitivni odkriti donatorski ioni bližnje N-tip strani ob prelivu in negativni odkriti sprejemniški ioni bližnje P-tip strani ob prelivu povzročajo prostorski naboj preko PN preliva. Potencial, ki se razvije preko preliva zaradi tega prostorskega naboja, se imenuje difuzijski potencial. Difuzijski potencial preko PN prelivne diode se lahko izrazi kot Difuzijski potencial ustvari potencialni ovire za nadaljnjo migracijo prostih elektronov s strani N-tipa na P-tip in luknje s strani P-tipa na N-tip. To pomeni, da difuzijski potencial preprečuje pretek nosilcev preko preliva.

 To območje je zelo odpornostno zaradi izčrpanja prostih nosilcev v tem območju. Širina izčrpanega območja odvisna je od uporabljene napetosti. Relacija med širino izčrpanega območja in napetostjo se lahko predstavi z enačbo, imenovano Poissonova enačba. Tukaj je ε permitivnost polprevodnika in V napetost. Torej, pri uporabi napetosti v smeri naprej se širina izčrpanega območja, to je preliva PN, zmanjša in končno izgine.

Torej, brez potencialne pregrade preko preliva v stanju napetosti v smeri naprej se proste elektroni vstopijo v P-tip območje in luknje v N-tip območje, kjer se združijo in izpuščajo foton pri vsaki rekompleksiji. Kot rezultat bo tekel tok naprej skozi diodo. Tok skozi PN preliv se izrazi kot Tukaj je napetost V uporabljen preko PN preliva in celoten tok I, teče skozi PN preliv.

I s je obratni tok nasitve, e = naboj elektrona, k je Boltzmannova konstanta in T je temperatura v Kelvinovi lestvici.

Spodnji graf prikazuje značilnosti toka-napetosti PN prelivne diode. Ko je V pozitiven, je preliv napeto v smeri naprej, in ko je V negativen, je preliv obratno napeto. Ko je V negativen in manjši od VTH, je tok minimalen. A ko V preseže VTH, se tok nenadoma zelo poveča. Napetost VTH se imenuje prag ali prvi tok. Za silicijev diodo je VTH = 0,6 V. Pri obratni napetosti, ki ustreza točki P, je nenadno povečanje obratnega toka. Ta del značilnosti se imenuje razpadno območje.

Stopnjevano prelivo

V stopnjevanem prelivu je koncentracija dopantov enakomerna do preliva na obeh straneh.

Izčrpano območje

Izčrpano območje se oblikuje na prelivi, kjer se proste elektroni in luknje rekompleksirajo, ustvarjajo območje brez prostih nosilcev.

Napetost v smeri naprej

Pri uporabi napetosti v smeri naprej se zmanjša širina izčrpanega območja, kar omogoča pretok.

Obratna napetost

Pri uporabi obratne napetosti se poveča širina izčrpanega območja, kar blokira pretok, dokler ni dosežena napetost za razpad.