PN جنکشن ڈائود کیا ہے؟

PN جنکشن ڈائود کیا ہے؟

PN جنکشن ڈائود

PN جنکشن ڈائود الیکٹرانکس میں ایک بنیادی مادہ ہے۔ اس قسم کے ڈائود میں، سیمی کنڈکٹر کی ایک طرف قبول کرنے والے ناخالصوں (P-ٹائپ) سے اور دوسری طرف دینے والے ناخالصوں (N-ٹائپ) سے ڈوپنگ کی جاتی ہے۔ اس ڈائود کو 'سٹیپ گریڈ' یا 'لائنرلی گریڈ' جنکشن کے طور پر درج کیا جا سکتا ہے۔

سٹیپ گریڈ PN جنکشن ڈائود میں، دونوں طرف تک ڈوپنٹ کی کثافت یکساں ہوتی ہے۔ لائنرلی گریڈ جنکشن میں، ڈوپنگ کی کثافت جنکشن سے فاصلے کے ساتھ تقریباً لائنرلی تبدیل ہوتی ہے۔ کسی بھی وولٹیج کو لاگو کیے بغیر، آزاد الیکٹران P-ٹائپ کی طرف منتقل ہوتے ہیں اور ہولز N-ٹائپ کی طرف منتقل ہوتے ہیں، جہاں وہ مل جاتے ہیں۔

جنکشن کے قریب P-ٹائپ کے قبول کرنے والے اتمات منفی آئنز بن جاتے ہیں اور N-ٹائپ کے قریب دینے والے اتمات مثبت آئنز بن جاتے ہیں۔ یہ ایک الیکٹرک فیلڈ بناتا ہے جو الیکٹران اور ہولز کی مزید ڈیفیوژن کو روکتا ہے۔ اس علاقے کو جہاں آئنز غیر مغطی ہوتے ہیں، خالی کشیدگی علاقہ کہا جاتا ہے۔

اگر ہم PN جنکشن ڈائود پر فاروارڈ بائیس وولٹیج لاگو کرتے ہیں۔ یعنی اگر بیٹری کی مثبت طرف P-ٹائپ سے جڑی ہو تو، خالی کشیدگی علاقے کی چوڑائی کم ہو جاتی ہے اور کیریئرز (ہولز اور آزاد الیکٹران) جنکشن کے پار بہتے ہیں۔ اگر ہم ڈائود پر ریورس بائیس وولٹیج لاگو کرتے ہیں تو، خالی کشیدگی علاقے کی چوڑائی بڑھ جاتی ہے اور جنکشن کے پار کوئی شارج بہنے کی اجازت نہیں ہوتی۔

P-N جنکشن ڈائود کے خصوصیات

چلو ہم ایک PN جنکشن کو دیکھیں جس میں ڈونر کنسنٹریشن ND اور ایکسپٹر کنسنٹریشن NA ہے۔ ہم بھی فرض کرتے ہیں کہ تمام ڈونر اتمات آزاد الیکٹران دے چکے ہیں اور مثبت ڈونر آئنز بن گئے ہیں اور تمام ایکسپٹر اتمات الیکٹرون قبول کر چکے ہیں اور متعلقہ ہولز بنانے کے بعد منفی ایکسپٹر آئنز بن گئے ہیں۔ تو ہم کہ سکتے ہیں کہ آزاد الیکٹران (n) اور ڈونر آئنز ND کی کنسنٹریشن ایک جیسی ہے اور مشابہ طور پر ہولز (p) اور ایکسپٹر آئنز (NA) کی کنسنٹریشن ایک جیسی ہے۔ یہاں ہم نے غیر مقصودی ناخالصوں اور خرابیوں کی وجہ سے بنا ہوا ہولز اور آزاد الیکٹران کو نظر انداز کیا ہے۔

PN جنکشن کے پار، n-ٹائپ کی طرف ڈونر اتمات سے دیے گئے آزاد الیکٹران p-ٹائپ کی طرف ڈیفیوز کرتے ہیں اور ہولز کے ساتھ مل جاتے ہیں۔ مشابہ طور پر، p-ٹائپ کی طرف ایکسپٹر اتمات سے بنے ہولز n-ٹائپ کی طرف ڈیفیوز کرتے ہیں اور آزاد الیکٹران کے ساتھ مل جاتے ہیں۔ اس ریکامبنیشن عمل کے بعد، جنکشن کے پار چارجر کیریئرز (آزاد الیکٹران اور ہولز) کی کمی ہوتی ہے۔ جنکشن کے پار جہاں آزاد چارجر کیریئرز کی کمی ہوتی ہے، اس علاقے کو خالی کشیدگی علاقہ کہا جاتا ہے۔

آزاد چارجر کیریئرز (آزاد الیکٹران اور ہولز) کی کمی کی وجہ سے، n-ٹائپ کی طرف ڈونر آئنز اور p-ٹائپ کی طرف ایکسپٹر آئنز جنکشن کے پار غیر مغطی ہوتے ہیں۔ یہ مثبت غیر مغطی ڈونر آئنز n-ٹائپ کی طرف جنکشن کے قریب اور منفی غیر مغطی ایکسپٹر آئنز p-ٹائپ کی طرف جنکشن کے قریب جنکشن کے پار ایک سپیس چارج کا باعث بنتے ہیں۔ جنکشن کے پار یہ سپیس چارج کی وجہ سے پیدا ہونے والا پوٹینشل ڈیفیوژن وولٹیج کہلاتا ہے۔ PN جنکشن ڈائود پر ڈیفیوژن پوٹینشل کو ایک مساوات کے ذریعے ظاہر کیا جا سکتا ہے۔ ڈیفیوژن پوٹینشل آزاد الیکٹران کو n-ٹائپ سے p-ٹائپ کی طرف اور ہولز کو p-ٹائپ سے n-ٹائپ کی طرف مزید ہجرت کرنے کے لیے ایک پوٹینشل بیریئر بناتا ہے۔ یعنی ڈیفیوژن پوٹینشل چارجر کیریئرز کو جنکشن کو پار کرنے سے روکتا ہے۔

 اس علاقے میں آزاد چارجر کیریئزر کی کمی کی وجہ سے یہ بہت زیادہ مقاومتی ہوتا ہے۔ خالی کشیدگی علاقے کی چوڑائی لاگو کی گئی بائیس وولٹیج پر منحصر ہوتی ہے۔ خالی کشیدگی علاقے کی چوڑائی اور بائیس وولٹیج کے درمیان تعلق کو ایک مساوات کے ذریعے ظاہر کیا جا سکتا ہے جسے پوآسن مساوات کہا جاتا ہے۔ یہاں ε سیمی کنڈکٹر کی کشیدگی ہے اور V بائیس وولٹیج ہے۔ تو، فاروارڈ بائیس وولٹیج کے لاگو کرنے پر خالی کشیدگی علاقے یعنی PN جنکشن بیریئر کی چوڑائی کم ہو جاتی ہے اور بالآخر غائب ہو جاتی ہے۔

اس لیے، فاروارڈ بائیس حالت میں جنکشن کے پار کوئی پوٹینشل بیریئر نہ ہونے کی وجہ سے آزاد الیکٹران p-ٹائپ علاقے میں داخل ہوتے ہیں اور ہولز n-ٹائپ علاقے میں داخل ہوتے ہیں، جہاں وہ مل جاتے ہیں اور ہر ریکامبنیشن پر ایک فوٹون کو رہا کرتے ہیں۔ اس کے نتیجے میں، ڈائود کے پار ایک فاروارڈ کرنٹ بہتے ہے۔ PN جنکشن کے پار کرنٹ کو ایک مساوات کے ذریعے ظاہر کیا جا سکتا ہے۔ یہاں، وولٹیج V PN جنکشن کے پار لاگو کیا جاتا ہے اور کل کرنٹ I، PN جنکشن کے پار بہتے ہے۔

I s ریورس سیچریشن کرنٹ ہے، e = الیکٹران کا شارج، k بولٹزمن دائم ہے اور T کیلین مقیاس میں درجہ حرارت ہے۔

نیچے دیا گیا گراف PN جنکشن ڈائود کی کرنٹ-وولٹیج خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔ جب V مثبت ہوتا ہے تو جنکشن فاروارڈ بائیس ہوتا ہے، اور جب V منفی ہوتا ہے تو جنکشن ریورس بائیس ہوتا ہے۔ جب V منفی ہوتا ہے اور VTH سے کم ہوتا ہے تو کرنٹ کم ہوتا ہے۔ لیکن جب V VTH سے زائد ہوجاتا ہے تو کرنٹ اچانک بہت زیادہ ہوجاتا ہے۔ وولٹیج VTH کو تھریشہولڈ یا کٹ آف وولٹیج کہا جاتا ہے۔ سلیکون ڈائود کے لیے VTH = 0.6 V ہوتا ہے۔ ریورس وولٹیج کے لحاظ سے پوائنٹ P کے مطابق ریورس کرنٹ میں اچانک اضافہ ہوتا ہے۔ یہ خصوصیات کا ایک حصہ بریک ڈاؤن علاقہ کہلاتا ہے۔

سٹیپ گریڈ جنکشن

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

خالی کشیدگی علاقہ

خالی کشیدگی علاقہ جنکشن پر بناتا ہے جہاں آزاد الیکٹران اور ہولز ریکامبن کرتے ہیں، ایک علاقہ بناتے ہیں جس میں کوئی آزاد چارجر کیریئرز نہیں ہوتے ہیں۔

فاروارڈ بائیس

فاروارڈ بائیس لاگو کرنے سے خالی کشیدگی علاقے کی چوڑائی کم ہوجاتی ہے، جس سے کرنٹ بہ سکتا ہے۔

ریورس بائیس

ریورس بائیس لاگو کرنے سے خالی کشیدگی علاقے کی چوڑائی بڑھتی ہے، جس سے کرنٹ روک دیا جاتا ہے تاکہ بریک ڈاؤن وولٹیج تک پہنچ جائے۔