PN dioda spojení a charakteristiky PN kloubové diody

PN junkční dioda je jedním ze základních elektronických prvků. Zde se jedná o jednu stranu polovodičového kusu s akceptorovou nečistotou a druhou stranou s donorovou nečistotou. PN junkční dioda je dvouválcový elektronický prvek. PN junkční dioda byla použita od roku 1950. Rozdíly PN lze rozlišit buď jako stupňovité, nebo jako lineární. V kroku odstupňované koncentrace dopantů jak na straně N, tak na straně P jsou rovnoměrné až k křižovatce. Ale v lineárně odstupňované křižovatce se dopingová koncentrace mění téměř lineárně s vzdáleností od křižovatky. Když nepoužíváme žádné napětí přes PN dioda, volné elektrony budou rozptýlit skrz křižovatku na stranu P a otvory budou rozptýleny skrz křižovatku na stranu N a vzájemně se spojují.

Takže akceptorové atomy v p-straně poblížspojovací okraj a atomy dárce v n-boku v blízkosti křižovatky se stávají negativními a pozitivními ionty. Existence negativních iontů na straně typu p podél spojení a pozitivní ionty na straně n-typu podél spojovací hrany vytváří elektrické pole. Elektrická oblast oponuje další difuzi volných elektronů ze strany n-typu a otvorů z strany p-typu strany propojovací diody PN. Tuto oblast nazýváme přes křižovatku, kde existují odkryté náboje (ionty), jako oblast vyčerpání.

Pokud používáme forward bias napětí na p-n junkční diodou. To znamená, že je-li kladná strana bateriepřipojené k p-straně, pak šířka oblastí deplecí klesá a nosiče (otvory a volné elektrony) proudí přes spoj. Pokud použijeme reverzní zkreslení napětí na diodu, zvyšuje se šířka vyčerpání a nemůže proudit napříč křižovatkou.

Charakteristiky P-N jádrové diody

Uvažujme pn spojení s dárcovskou koncentrací N_D a koncentraci akceptoru N_A. Předpokládejme také, že všechny atomy dárcedali volné elektrony a stali se pozitivními donorovými ionty a všechny akceptorové atomy přijaly elektrony a vytvořily odpovídající otvory a staly se negativními akceptorovými ionty. Takže můžeme říci koncentraci volných elektronů (n) a donorových iontů N_D jsou stejné a podobně, koncentrace otvorů (p) a akceptorových iontů (N_A) jsou stejní. Zde jsme ignorovali díry a volné elektrony vytvořené v polovodičích kvůli neúmyslným nečistotám a závadám.

Přes pn křižovatku, volné elektronydonovaná atomy dárce v straně typu n difunduje na stranu p-typeru a rekombinuje se s otvory. Podobně díry vytvořené akceptorovými atomy v straně p-typu difundují na stranu n-typu a rekombinují se svobodnými elektrony. Po tomto procesu rekombinace je nedostatek nebo vyčerpání nosičů náboje (volných elektronů a otvorů) přes křižovatku. Je nazýván region přes křižovatku, kde jsou nosiče volného náboje vyčerpány vyčerpání. Vzhledem k absenci volných nosičů poplatků(volné elektrony a díry) se odkryjí donorové ionty boku typu n a akceptorové ionty strany p-typu přes křižovatku. Tyto pozitivně odkryté donorové ionty směrem k straně typu n přiléhající k spoji a negativním nekrytým akceptorovým iontům k straně p-typu přiléhající ke spoji způsobují prostorový náboj v celé spojnici pn. Potenciál rozvinutý napříč křižovatkou v důsledku tohoto prostorového náboje se nazývá difuzní napětí. Difuzní napětí přes pn junkční diodu může být vyjádřeno jako Rozptýlený potenciál vytváří potenciálbariéra pro další migraci volných elektronů ze strany n-typu na stranu typu p a otvory z boku typu p na stranu typu n. To znamená, že difuzní potenciál brání nosiči náboje překročit křižovatku. Tato oblast je vysoce rezistentní kvůli vyčerpání nosičů s volným nábojem v této oblasti. Šířka oblasti vyčerpání závisí na použitém zkresleném napětí. Vztah mezi šířkou oblasti vyčerpání a zkresleným napětím může být reprezentován rovnicí nazvanou Poissonova rovnice. Zde ε je permitivita polovodičea V je zkreslení napětí. Takže při aplikaci napěťového dopředného napětí se šířka oblasti vyčerpání, tj. Pn přechodová bariéra, snižuje a nakonec zmizí. Protože v nepřítomnosti potenciální bariéry v křižovatce v podmínkách dopředného zkreslení vstupují volné elektrony do oblasti p-typu a díry vstupují do oblasti typu n, kde rekombinují a uvolňují foton při každé rekombinaci. V důsledku toho bude proudem protékat diodou. Proud přes PN křižovatku je vyjádřen jako Zde je napětí V aplikováno napříč pn křižovatkou a celkový proud I, protéká pn junction. I_s je reverzní saturační proud, e = náboj elektronu, k je Boltzmannova konstanta a T je teplota v Kelvinově měřítku.

Níže uvedený graf zobrazuje charakteristiku proudového napětí PN spojovací diody.

Když V je kladné, křižovatka je posunutá vpřed, a když V je záporné, křižovatka je reverzně zkreslená. Je-li V záporné a menší než V_TH, proud je minimální. Ale když V překročí V_TH, proud se náhle stává velmi vysokým. Napětí V_TH je označován jako prah nebo řez napětí. Pro silikonovou diodu V_TH = 0.6 V. Při zpětném napětí odpovídajícím bodu P dochází k náhlému zvýšení zpětného proudu. Tato část vlastností je známá jako rozpadová oblast.