PN-Verbindungsdiode und Eigenschaften der PN-Verbindungsdiode

PN-Diode ist eines der grundlegenden elektronischen Elemente. Hier dotieren wir eine Seite eines Halbleiterstücks mit einer Akzeptorverunreinigung und die andere Seite mit einer Donorverunreinigung. PN-Diode ist ein Elektronikelement mit zwei Anschlüssen. PN-Übergangsdioden kamen ab 1950 zum Einsatz. Wir können PN-Übergänge entweder stufenweise oder linear abgestuft unterscheiden. In abgestuften Stufen sind die Konzentrationen der Dotierstoffe sowohl auf der N-Seite als auch auf der P-Seite bis zum Übergang gleichförmig. In einem linear abgestuften Übergang variiert die Dotierungskonzentration jedoch fast linear mit der Entfernung vom Übergang. Wenn wir keine Spannung an das Gerät anlegen PN DiodeFreie Elektronen diffundieren durch die Verbindungsstelle zur P-Seite und Löcher diffundieren durch die Verbindungsstelle zur N-Seite und sie verbinden sich miteinander.

Die Akzeptoratome auf der p-Seite in der Nähe derVerbindungskante und Donoratome in der nahen Verbindungskante der n-Seite werden zu negativen bzw. positiven Ionen. Das Vorhandensein von negativen Ionen auf der p-Typ-Seite entlang des Übergangs und positive Ionen auf der n-Typ-Seite entlang der Übergangskante erzeugt ein elektrisches Feld. Das elektrische Feld wirkt einer weiteren Diffusion freier Elektronen von der n-Typ-Seite und Löchern von der p-Typ-Seite der PN-Sperrschichtdiode entgegen. Wir bezeichnen diese Region über der Verbindungsstelle, an der die freigelegten Ladungen (Ionen) existieren, als Verarmungsregion.

Wenn ja, legen wir eine Durchlassspannung an p-n-Diode. Das heißt, wenn die positive Seite der Batterie istverbunden mit der p-Seite, dann nimmt die Breite der Verarmungsbereiche ab und Träger (Löcher und freie Elektronen) fließen über die Verbindungsstelle. Wenn wir eine umgekehrte Vorspannung an die Diode anlegen, nimmt die Verarmungsbreite zu und es kann keine Ladung über die Verbindungsstelle fließen.

Eigenschaften der P-N-Verbindungsdiode

Betrachten wir einen PN-Übergang mit einer Donatorkonzentration N_D und Akzeptorkonzentration N_EIN. Nehmen wir auch an, dass alle Spenderatomehaben freie Elektronen abgegeben und sind positive Donorionen geworden, und alle Akzeptoratome haben Elektronen angenommen und entsprechende Löcher gebildet und werden zu negativen Akzeptorionen. Wir können also die Konzentration der freien Elektronen (n) und der Donorionen N sagen_D gleich sind und gleichermaßen die Konzentration der Löcher (p) und der Akzeptorionen (N_EIN) sind gleich. Hier haben wir die Löcher und freien Elektronen ignoriert, die durch unbeabsichtigte Verunreinigungen und Defekte in den Halbleitern entstehen.

Über den pn-Übergang die freien Elektronenvon Donoratomen in n-Typ Seite diffundiert zur p-Typer-Seite und rekombinieren mit Löchern. In ähnlicher Weise diffundieren die von Akzeptoratomen auf der p-Seite gebildeten Löcher zur n-Seite und rekombinieren mit freien Elektronen. Nach diesem Rekombinationsprozess fehlt oder verbraucht man Ladungsträger (freie Elektronen und Löcher) über die Verbindung. Die Region über der Kreuzung, in der die freien Ladungsträger erschöpft sind, wird genannt Verarmungsbereich. Aufgrund des Fehlens von kostenlosen Ladungsträgern(freie Elektronen und Löcher) werden die Donorionen der n-Typ-Seite und die Akzeptorionen der p-Typ-Seite über den Übergang freigelegt. Diese positiven freigelegten Donorionen zur n-Seite neben dem Übergang und negative freiliegende Akzeptorionen zur p-Seite neben dem Übergang verursachen eine Raumladung über dem pn-Übergang. Das Potential, das sich aufgrund dieser Raumladung an der Verbindungsstelle entwickelt, wird als bezeichnet Diffusionsspannung. Die Diffusionsspannung über einer Diode mit pn-Übergang kann ausgedrückt werden als Das Diffusionspotential schafft ein PotenzialBarriere für die weitere Wanderung freier Elektronen von der n-Seite zur p-Seite und Löcher von der p-Seite zur n-Seite. Das heißt, das Diffusionspotential verhindert, dass Ladungsträger die Verbindungsstelle passieren. Dieser Bereich ist wegen der Abnahme der freien Ladungsträger in diesem Bereich sehr widerstandsfähig. Die Breite des Verarmungsbereichs hängt von der angelegten Vorspannung ab. Die Beziehung zwischen der Breite des Verarmungsbereichs und der Vorspannung kann durch eine Gleichung dargestellt werden Poisson-Gleichung. Hier ist ε die Permittivität des Halbleitersund V ist die Vorspannung. Beim Anlegen einer Durchlassvorspannung nimmt also die Breite des Verarmungsbereichs, d. H. Der pn-Übergangssperre ab und verschwindet letztendlich. In Abwesenheit einer Potentialbarriere über den Übergang in der Vorwärtsvorspannung treten daher freie Elektronen in den p-Typ-Bereich ein, und Löcher treten in den n-Typ-Bereich ein, wo sie bei jeder Rekombination rekombinieren und ein Photon freisetzen. Infolgedessen fließt ein Vorwärtsstrom durch die Diode. Der Strom durch den PN-Übergang wird als ausgedrückt Hier wird die Spannung V über den PN-Übergang angelegt und der Gesamtstrom I fließt durch den PN-Übergang. ich_s ist der umgekehrte Sättigungsstrom, e = Ladung des Elektrons, k ist Boltzmann-Konstante und T ist die Temperatur in Kelvin.

Die folgende Grafik zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie einer PN-Sperrschichtdiode.

Wenn V positiv ist, ist die Verbindung in Vorwärtsrichtung vorgespannt, und wenn V negativ ist, ist die Verbindung in Rückwärtsrichtung. Wenn V negativ und kleiner als V ist_THist der Strom minimal. Wenn jedoch V größer als V ist_THwird der Strom plötzlich sehr hoch. Die Spannung V_TH wird als Schwelle oder Spannungsunterbrechung bezeichnet. Für Siliziumdiode V_TH = 0,6 V. Bei einer Sperrspannung, die dem Punkt P entspricht, steigt der Sperrstrom abrupt an. Dieser Teil der Merkmale wird als Störungsbereich bezeichnet.