పీఎన్ జంక్షన్ డయోడ్ ఏంటి?

పీఎన్ జంక్షన్ డైయోడ్ ఏంటి?

పీఎన్ జంక్షన్ డైయోడ్

పీఎన్ జంక్షన్ డైయోడ్ ఇలక్ట్రానిక్స్లో ఒక ముఖ్యమైన ఘటకం. ఈ రకమైన డైయోడ్లో, ఒక తోటి పక్షం అక్షేపణ దోషాలతో (పీ-రకం) మరియు ఇతర తోటి పక్షం దాన దోషాలతో (ఎన్-రకం) వికృతం చేయబడుతుంది. ఈ డైయోడ్ను 'స్టెప్ గ్రేడెడ్' లేదా 'లినియర్ గ్రేడెడ్' జంక్షన్గా వర్గీకరించవచ్చు.

స్టెప్ గ్రేడెడ్ పీఎన్ జంక్షన్ డైయోడ్లో, దోషాల సంఖ్య జంక్షన్ వరకు రెండు పక్షాలలో సమానంగా ఉంటుంది. లినియర్ గ్రేడెడ్ జంక్షన్లో, దోషాల సంఖ్య జంక్షన్ నుండి దూరం కొన్నింటికి లినియర్ మధ్య మారుతుంది. ఎందుకంటే ఏ వోల్టేజ్ అప్లై కాలేదు, స్వీయ ఇలక్ట్రాన్లు పీ-పక్షానికి మరియు హోల్స్ ఎన్-పక్షానికి వెళ్ళి వాటిని కలిస్తాయి.

జంక్షన్ దగ్గర ఉన్న పీ-పక్షంలో అక్షేపణ పరమాణువులు నెగెటివ్ ఆయనికాలుగా మరియు ఎన్-పక్షంలో దాన పరమాణువులు పాజిటివ్ ఆయనికాలుగా మారుతాయి. ఇది ఇలక్ట్రాన్ల మరియు హోల్స్ కొన్నింటికి మరింత విస్తరణను వ్యతిరేకంగా చేసే ఇలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ సృష్టిస్తుంది. ఈ అవకాశం ఉన్న ఆయనికాలతో ఉన్న ప్రాంతాన్ని డిప్లెషన్ రిజియన్ అంటారు.

మనం పీఎన్ జంక్షన్ డైయోడ్కు ఫ్రంట్ బైయస్ వోల్టేజ్ అప్లై చేస్తే. అంటే బ్యాటరీ పాజిటివ్ వైపు పీ-పక్షానికి కనెక్ట్ చేస్తే, డిప్లెషన్ రిజియన్ వైడ్తు తగ్గుతుంది మరియు కార్యకర్తలు (హోల్స్ మరియు స్వీయ ఇలక్ట్రాన్లు) జంక్షన్ దాటి ప్రవహిస్తాయి. మనం డైయోడ్కు రివర్స్ బైయస్ వోల్టేజ్ అప్లై చేస్తే, డిప్లెషన్ వైడ్తు పెరుగుతుంది మరియు జంక్షన్ దాటి కార్యకర్తలు ప్రవహించలేవు.

పీ-ఎన్ జంక్షన్ డైయోడ్ లక్షణాలు

మనం ఒక పీఎన్ జంక్షన్ను దాన సంఖ్య ND మరియు అక్షేపణ సంఖ్య NA ఉన్నంతగా భావించండి. మనం అన్ని దాన పరమాణువులు స్వీయ ఇలక్ట్రాన్లను దానించి పాజిటివ్ దాన ఆయనికాలుగా మరియు అన్ని అక్షేపణ పరమాణువులు ఇలక్ట్రాన్లను అక్షేపించి హోల్స్ సృష్టించి నెగెటివ్ అక్షేపణ ఆయనికాలుగా మారినట్లు భావించండి. కాబట్టి మనం స్వీయ ఇలక్ట్రాన్ల సంఖ్య (n) మరియు దాన ఆయనికాలు ND సమానంగా ఉన్నట్లు మరియు హోల్స్ సంఖ్య (p) మరియు అక్షేపణ ఆయనికాలు (NA) సమానంగా ఉన్నట్లు చెప్పవచ్చు. ఇక్కడ, మనం అనుకూలంగా ఉన్న దోషాలు మరియు దోషాల కారణంగా సృష్టించిన హోల్స్ మరియు స్వీయ ఇలక్ట్రాన్లను ఉపేక్షించాము.

పీఎన్ జంక్షన్ యంతర్భాగంలో, ఎన్-రకం పక్షంలో దాన పరమాణువులు ద్వారా స్వీయ ఇలక్ట్రాన్లు పీ-రకం పక్షంలోకి విస్తరించి హోల్స్ తో కలిస్తాయి. అదే విధంగా, పీ-రకం పక్షంలో అక్షేపణ పరమాణువులు ద్వారా సృష్టించబడిన హోల్స్ ఎన్-రకం పక్షంలోకి విస్తరించి స్వీయ ఇలక్ట్రాన్లతో కలిస్తాయి. ఈ రికంబినేషన్ ప్రక్రియ తర్వాత, జంక్షన్ యంతర్భాగంలో కార్యకర్తలు (స్వీయ ఇలక్ట్రాన్లు మరియు హోల్స్) కొన్నింటి కొన్నింటి తోటుపోతాయి. కార్యకర్తలు తోటుపోయిన ఈ ప్రాంతాన్ని డిప్లెషన్ రిజియన్ అంటారు.

స్వీయ కార్యకర్తల లేకపోవడం (స్వీయ ఇలక్ట్రాన్లు మరియు హోల్స్) కారణంగా, జంక్షన్ యంతర్భాగంలో ఎన్-రకం పక్షంలో దాన ఆయనికాలు మరియు పీ-రకం పక్షంలో అక్షేపణ ఆయనికాలు అవకాశం ఉన్నాయి. ఈ పోజిటివ్ అవకాశం ఉన్న దాన ఆయనికాలు ఎన్-రకం పక్షం దగ్గర జంక్షన్ దగ్గర మరియు నెగెటివ్ అవకాశం ఉన్న అక్షేపణ ఆయనికాలు పీ-రకం పక్షం దగ్గర జంక్షన్ దగ్గర అవకాశాన్ని సృష్టిస్తాయి. ఈ అవకాశం ద్వారా పీఎన్ జంక్షన్ యంతర్భాగంలో స్పేస్ చార్జ్ ఉంటుంది. ఈ స్పేస్ చార్జ్ ద్వారా జంక్షన్ యంతర్భాగంలో ప్రాప్తమవుతున్న పోటెన్షియల్ను డిఫ్యూజన్ వోల్టేజ్ అంటారు. పీఎన్ జంక్షన్ డైయోడ్ యంతర్భాగంలో డిఫ్యూజన్ వోల్టేజ్ ఈ విధంగా వ్యక్తపరచవచ్చు.

 ఈ ప్రాంతం స్వీయ కార్యకర్తల తోటుపోవడం కారణంగా ఎక్కువ రిజిస్టెన్స్ ఉంటుంది. డిప్లెషన్ రిజియన్ వైడ్తు అప్లై చేసిన బైయస్ వోల్టేజ్ ఆధారంగా మారుతుంది. డిప్లెషన్ రిజియన్ వైడ్తు మరియు బైయస్ వోల్టేజ్ మధ్య సంబంధాన్ని పాయిసన్ సమీకరణం అని పిలుస్తారు. ఇక్కడ, ε సెమికండక్టర్ పెర్మిటివిటీ మరియు V బైయసింగ్ వోల్టేజ్. కాబట్టి, ఫ్రంట్ బైయస్ వోల్టేజ్ అప్లై చేస్తే డిప్లెషన్ రిజియన్ వైడ్తు, అంటే పీఎన్ జంక్షన్ బారియర్ తగ్గుతుంది మరియు చివరకు లోపిస్తుంది.

కాబట్టి, ఫ్రంట్ బైయస్ పరిస్థితిలో జంక్షన్ యంతర్భాగంలో పోటెన్షియల్ బారియర్ లేకుండా స్వీయ ఇలక్ట్రాన్లు పీ-రకం ప్రాంతంలోకి మరియు హోల్స్ ఎన్-రకం ప్రాంతంలోకి వెళ్ళి వాటిని కలిస్తాయి, ప్రతి రికంబినేషన్ యంతర్భాగంలో ఫోటన్ విడుదల చేస్తాయి. ఫలితంగా, డైయోడ్ దాటి ఫ్రంట్ కరెంటు ప్రవహిస్తుంది. పీఎన్ జంక్షన్ దాటి కరెంటును ఈ విధంగా వ్యక్తపరచవచ్చు. ఇక్కడ, వోల్టేజ్ V పీఎన్ జంక్షన్ యంతర్భాగంలో అప్లై చేస్తారు మరియు మొత్తం కరెంటు I, పీఎన్ జంక్షన్ దాటి ప్రవహిస్తుంది.

I s రివర్స్ స్యాచ్రేషన్ కరెంటు, e = ఇలక్ట్రాన్ చార్జ్, k బోల్ట్మన్ కన్స్టెంట్ మరియు T కెల్విన్ స్కేల్లో టెంపరేచర్.

క్రింది గ్రాఫ్ పీఎన్ జంక్షన్ డైయోడ్ యొక్క కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణాలను చూపుతుంది. V పాజిటివ్ అయినప్పుడు జంక్షన్ ఫ్రంట్ బైయస్ అవుతుంది, మరియు V నెగెటివ్ అయినప్పుడు, జంక్షన్ రివర్స్ బైయస్ అవుతుంది. V నెగెటివ్ మరియు VTH కన్నా తక్కువ అయినప్పుడు, కరెంటు తక్కువగా ఉంటుంది. కానీ V VTH కన్నా ఎక్కువ అయినప్పుడు, కరెంటు త్రుప్తిగా ఎక్కువ అవుతుంది. వోల్టేజ్ VTH ను థ్రెషోల్డ్ లేదా కట్ ఇన్ వోల్టేజ్ అంటారు. సిలికాన్ డైయోడ్ VTH = 0.6 V. రివర్స్ వోల్టేజ్ పాయింట్ P కోసం రివర్స్ కరెంటు త్రుప్తిగా పెరుగుతుంది. ఈ లక్షణాల యొక్క ఈ భాగాన్ని బ్రేక్డౌన్ రిజియన్ అంటారు.