Diode | Arbeitsweise und Diodentypen

Was ist eine Diode?

EIN Diode blockiert nur Strom in umgekehrter Richtungwährend die Sperrspannung innerhalb eines begrenzten Bereichs liegt, bricht sonst die Sperrbarriere und die Spannung, bei der dieser Durchbruch auftritt, wird als Sperrdurchbruchspannung bezeichnet. Das Diode wirkt als Ventil in der elektronischen und elektrischenSchaltungen. Ein PN-Übergang ist die einfachste Form der Halbleiterdiode, die sich im Idealfall als Kurzschlussschaltung im Durchlassbereich verhält und im Idealfall als Leerlaufschaltung im Sperrzustand. Die Bezeichnung Diode leitet sich von „Diode“ ab, was eine Vorrichtung mit zwei Elektroden bedeutet.

Symbol der Diode

Das Symbol einer Diode ist unten dargestellt. Die Pfeilspitze zeigt in die Richtung des herkömmlichen Stromflusses im vorgespannten Zustand. Das heißt, die Anode ist mit der p-Seite und die Kathode mit der n-Seite verbunden.

Wir können eine einfache PN-Diode erstellenDotieren von Pentavalent oder Donor-Verunreinigung in einem Teil und dreiwertige oder Akzeptor-Verunreinigung in einem anderen Teil des Silizium- oder Germaniumkristallblocks. Diese Dotierungen bilden im mittleren Teil des Blocks einen PN-Übergang. Wir können auch einen PN-Übergang bilden, indem ein Halbleiter vom p-Typ und vom n-Typ mit einer speziellen Fertigungstechnik zusammengefügt werden. Das mit dem p-Typ verbundene Terminal ist die Anode. Das mit der n-Typ-Seite verbundene Terminal ist die Kathode.

Arbeitsprinzip der Diode

Ein Halbleiter vom n-Typ hat viel freiesElektronen und sehr wenige Löcher. Mit anderen Worten, wir können sagen, dass die Konzentration der freien Elektronen hoch ist und die der Löcher in einem n-Halbleiter sehr niedrig ist. Freie Elektronen in dem Halbleiter vom n-Typ werden als Majoritätsladungsträger bezeichnet, und Löcher in dem Halbleiter vom n-Typ werden als Minoritätsladungsträger bezeichnet.

Ein Halbleiter vom p-Typ hat eine hohe Konzentrationvon Löchern und geringe Konzentration an freien Elektronen. Löcher im p-Halbleiter sind Majoritätsladungsträger und freie Elektronen im p-Halbleiter sind Minoritätsladungsträger.

Diode ohne Vorspannung

Nun wollen wir mal sehen, was passiert, wenn man einen n-Typ hatRegion und eine p-Typ Region kommen in Kontakt. Majoritätsträger diffundieren hier aufgrund des Konzentrationsunterschieds von einer Seite zur anderen. Da die Konzentration von Löchern im p-Typ-Bereich hoch ist und im n-Typ-Bereich niedrig ist, beginnen die Löcher, vom p-Typ-Bereich zum n-Typ-Bereich zu streuen. Wieder ist die Konzentration der freien Elektronen im Bereich des n-Typs hoch und im Bereich des p-Typs niedrig, und aus diesem Grund diffundieren freie Elektronen vom Bereich des n-Typs zum Bereich des p-Typs.

Die freien Elektronen diffundieren in den p-TypEin Bereich aus dem n-Typ-Bereich würde sich mit dort verfügbaren Löchern rekombinieren und unbedeckte negative Ionen im p-Typ-Bereich erzeugen. In gleicher Weise würden sich die Löcher, die aus dem p-Gebiet in den n-Typ-Bereich diffundieren, mit den dort verfügbaren freien Elektronen rekombinieren und im n-Typ-Bereich unbedeckte positive Ionen erzeugen.

Auf diese Weise würde eine Schicht aus negativen Ionen entstehenauf der p-Typ-Seite und eine Schicht aus positiven Ionen im n-Typ-Bereich erscheinen entlang der Verbindungslinie dieser beiden Halbleitertypen. Die Schichten aus unbedeckten positiven Ionen und unbedeckten negativen Ionen bilden einen Bereich in der Mitte der Diode, in dem kein Ladungsträger existiert, da hier alle Ladungsträger in diesem Bereich rekombiniert werden. Aufgrund des Mangels an Ladungsträgern wird diese Region als Verarmungsregion bezeichnet.

Nach der Bildung des VerarmungsbereichsIn der Diode gibt es keine Diffusion von Ladungsträgern mehr von einer Seite zur anderen. Dies liegt daran, dass aufgrund des über den Verarmungsbereich erscheinenden elektrischen Feldes eine weitere Wanderung von Ladungsträgern von einer Seite zu einer anderen verhindert wird. Das Potential der ungedeckten positiven Ionen auf der n-Typ-Seite würde die Löcher auf der p-Typ-Seite auflösen, und das Potential der ungedeckten negativen Ionen auf der p-Typ-Seite würde die freien Elektronen im n- Typ Seite. Dies bedeutet, dass eine potenzielle Barriere über die Verbindungsstelle hinweg geschaffen wird, um eine weitere Diffusion von Ladungsträgern zu verhindern.

Vorwärts vorgespannte Diode

Lassen Sie uns nun sehen, was passiert, wenn ein positives Terminaleiner Source ist mit der p-Typ-Seite verbunden und der negative Anschluss der Source ist mit der N-Typ-Seite der Diode verbunden, und wenn wir die Spannung dieser Source langsam von Null erhöhen.

Am Anfang fließt kein Stromdurch die Diode. Dies liegt daran, dass zwar ein externes elektrisches Feld an die Diode angelegt wird, die Majoritätsladungsträger jedoch immer noch keinen ausreichenden Einfluss des externen Feldes haben, um den Verarmungsbereich zu durchqueren. Wie gesagt, wirkt der Verarmungsbereich als potentielle Barriere gegen die Majoritätsladungsträger. Diese potentielle Barriere wird als Forward-Potentialbarriere bezeichnet. Die Majoritätsladungsträger beginnen die Durchlasspotentialbarriere erst dann zu durchqueren, wenn der Wert der extern an der Verbindungsstelle angelegten Spannung größer ist als das Potential der Durchlassbarriere. Für Siliziumdioden beträgt das Durchlasssperrpotential 0,7 Volt und für Germaniumdioden 0,3 Volt. Wenn die von außen an die Diode angelegte Durchlassspannung größer als das Durchlasssperrpotential wird, beginnen die Ladungsträger der freien Majorität die Barriere zu durchqueren und tragen den Durchlassstrom der Diode bei. In dieser Situation würde sich die Diode als kurzgeschlossener Pfad verhalten und der Durchlassstrom wird nur durch extern mit der Diode verbundene Widerstände begrenzt.

Diode mit umgekehrter Vorspannung

Lassen Sie uns nun sehen, was passiert, wenn wir uns verbindennegativer Anschluss der Spannungsquelle an der p-Typ-Seite und positiver Anschluss der Spannungsquelle an der n-Typ-Seite der Diode. In diesem Zustand würden sich aufgrund der elektrostatischen Anziehung des negativen Potentials der Quelle die Löcher in der p-Zone stärker vom Übergang wegbewegen, wobei mehr negative unbedeckte Ionen am Übergang verbleiben. Auf die gleiche Weise würden die freien Elektronen in dem n-Typ-Bereich von dem Übergang in Richtung des positiven Anschlusses der Spannungsquelle weiter weg verschoben, wobei mehr positive unbedeckte Ionen in dem Übergang verbleiben. Infolge dieses Phänomens wird der Verarmungsbereich breiter. Dieser Zustand einer Diode wird als Sperrzustand bezeichnet. In diesem Zustand überqueren keine Mehrheitsträger die Kreuzung, wenn sie sich von der Kreuzung entfernen. Auf diese Weise sperrt eine Diode den Stromfluss, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt ist.

Wie wir schon am Anfang davon erzählt habenArtikel, dass es immer einige freie Elektronen im Halbleiter vom p-Typ und einige Löcher im Halbleiter vom n-Typ gibt. Diese entgegengesetzten Ladungsträger in einem Halbleiter werden als Minoritätsladungsträger bezeichnet. Im umgekehrten vorgespannten Zustand kreuzen sich die Löcher auf der n-Typ-Seite leicht dem umgekehrten vorgespannten Verarmungsbereich, da das Feld über den Verarmungsbereich nicht vorhanden ist, sondern es hilft Minoritätsladungsträgern, den Verarmungsbereich zu überqueren. Infolgedessen fließt ein kleiner Strom durch die Diode von der positiven zur negativen Seite. Die Amplitude dieses Stroms ist sehr klein, da die Anzahl der Minoritätsladungsträger in der Diode sehr klein ist. Dieser Strom wird als umgekehrter Sättigungsstrom bezeichnet.

Wenn die Sperrspannung über eine Diode gehtüber einen sicheren Wert hinaus erhöht, aufgrund einer höheren elektrostatischen Kraft und aufgrund einer höheren kinetischen Energie von Minoritätsladungsträgern, die mit Atomen kollidieren, wird eine Anzahl von kovalenten Bindungen gebrochen, um eine große Anzahl von freien Elektronenlochpaaren in der Diode und im Prozess beizutragen ist kumulativ. Die große Anzahl solcher erzeugten Ladungsträger würde einen großen Rückstrom in der Diode bewirken. Wenn dieser Strom nicht durch einen an die Diodenschaltung angeschlossenen externen Widerstand begrenzt wird, kann die Diode dauerhaft zerstört werden.

Arten von Dioden

Das Arten von Dioden sind wie folgt

1. Zenerdiode
2. P-N-Sperrschichtdiode
3. Tunneldiode
4. Varaktordiode
5. Schottky Diode
6. Fotodiode
7. PIN-Diode
8. Laserdiode
9. Avalanche-Diode
10. Leuchtdiode