PN-диод и характеристики на PN-диод

PN диод е един от основните елементи на електрониката. Тук нанасяме една страна на полупроводникова част с акцепторна примес и друга страна с донорна примес. PN диод е електронен елемент с два терминала. Диодът с PN връзка е влязъл в употреба от 1950 г. Можем да разграничим PN връзките или като степенни или като линейни. В стъпка градуирана концентрация на добавки, както в N-образната страна, така и в страната P е еднаква до връзката. Но при линейно степенуван преход концентрацията на допинг варира почти линейно с разстоянието от връзката. Когато не прилагаме никакво напрежение в. \ T PN диод, свободните електрони ще дифундират през връзката към Р страна и дупките ще дифундират през кръстопътя към N страна и те се комбинират един с друг.

Така акцепторните атоми в р-страната близо доръбът на връзката и донорните атоми в n-страната близо до ръба на връзката стават съответно отрицателни и положителни йони. Съществуването на отрицателни йони в страната на р-типа по протежение на връзката и положителни йони в n-тип страна по протежение на ръба на връзката създава електрическо поле. Електрическото подаване се противопоставя на по-нататъшната дифузия на свободни електрони от n-тип страна и отвори от страна на р-вида на PN диода. Ние наричаме този регион в пресечната точка, където съществуват непокрити заряди (йони), като изчерпваща област.

Ако, ние прилагаме напред напрежение пристрастия към p-n диод, Това означава, че ако положителната страна на батерията есвързан с p-страна, тогава ширината на зоните на изчерпване намалява и носителите (дупки и свободните електрони) преминават през кръстопътя. Ако приложим обратното напрежение пристрастие към диода, изчерпването ширина се увеличава и няма такса може да тече през възел.

Характеристики на диода за свързване P-N

Нека разгледаме pn преход с донорна концентрация N_д и акцепторна концентрация N_А, Да предположим, че всички донорни атомиса дарили свободни електрони и стават положителни донорни йони и всички акцепторни атоми са приели електрони и са създали съответни дупки и са станали отрицателни акцепторни йони. Така можем да кажем концентрацията на свободните електрони (n) и донорните йони N_д са еднакви и по подобен начин, концентрацията на дупки (р) и акцепторни йони (N_А) са същите. Тук игнорирахме дупките и свободните електрони, създадени в полупроводниците поради неволни примеси и дефекти.

Отвъд pn-прехода, свободните електронидарени от донорни атоми в n-тип странични дифузни към р-типер страна и рекомбинират с дупки. По същия начин, дупките, създадени от акцепторни атоми в р-тип страна дифузират към n-тип страна и рекомбинират със свободни електрони. След този процес на рекомбинация е налице липса или изчерпване на носителите на заряд (свободни електрони и дупки) през прехода. Регионът в пресечната точка, където се изчерпват свободните носители на заряд, се нарича изчерпване, Поради липсата на безплатни превозвачи на такси(свободни електрони и дупки), донорните йони на n-тип странични и акцепторни йони от р-тип страна през кръстовището се разкриват. Тези положителни непокрити донорни йони към n-тип страна, съседни на прехода и отрицателни непокрити акцепторни йони към p-тип страна, съседни на кръстовището, предизвикват пространствен заряд през pn-прехода. Потенциалът, който се развива през кръстовището поради този космически заряд се нарича дифузионно напрежение, Напрежението на дифузия през pn диод може да се изрази като Дифузионният потенциал създава потенциалбариера за по-нататъшна миграция на свободни електрони от n-тип страна към страна p-тип и дупки от страна p-тип към n-тип страна. Това означава, че дифузионният потенциал пречи на носителите на ток да пресекат кръстовището. Този регион е силно резистивен поради изчерпването на свободните носители на такси в този регион. Ширината на зоната на изчерпване зависи от приложеното напрежение на отклонението. Връзката между ширината на изчерпващата област и напрежението на отклонение може да бъде представена чрез уравнение, наречено Уравнение на Пуасон. Тук ε е диелектричната проницаемост на полупроводникаи V е напрежението на отклонение. Така, при прилагане на напрежение на придвижване напред, ширината на зоната за изчерпване т.е. pn преходната бариера намалява и в крайна сметка изчезва. Следователно, при отсъствие на потенциална бариера в кръстопътя при условие за предна пристрастие, свободните електрони влизат в областта на р-типа и дупките влизат в областта от n-тип, където рекомбинират и освобождават фотон при всяка рекомбинация. В резултат на това ще има преден ток, преминаващ през диода. Токът през PN връзката се изразява като Тук напрежението V се прилага през pn-прехода и ток I, преминава през pn-прехода. аз_с е обратен наситен ток, е = заряд на електрона, k е постоянна за Boltzmann и T е температура в Келвин скала.

Графиката по-долу показва характеристиката на токовото напрежение на диода за PN преход.

Когато, V е положителен, кръстовището е преднапряно, и когато V е отрицателно, връзката е обратна предубедена. Когато V е отрицателно и по-малко от V_TH, токът е минимален. Но когато V надвишава V_TH, токът изведнъж става много висок. Напрежението V_TH е известен като праг или намаляване на напрежението. За силиконов диод V_TH = 0.6 V. При обратното напрежение, съответстващо на точката Р, има рязко нарастване в обратен ток. Тази част от характеристиките е известна като регион на разбиване.