Diodo de junção PN e características do diodo de junção PN

Diodo de junção PN é um dos elementos eletrônicos fundamentais. Aqui nós dopamos um lado de uma peça semicondutora com uma impureza aceitadora e outro lado com uma impureza doadora. Diodo de junção PN é um elemento eletrônico de dois terminais. O diodo de junção PN entrou em uso a partir de 1950. Podemos distinguir as junções PN como graduadas em degraus ou graduadas lineares. Na etapa graduada a concentração de dopantes tanto no lado N como no lado P é uniforme até a junção. Mas em uma junção linearmente graduada, a concentração de doping varia quase linearmente com a distância da junção. Quando não aplicamos qualquer voltagem através do Diodo de PN, os elétrons livres se difundirão através da junção para o lado P e os buracos se difundirão pela junção para o lado N e combinarão um com o outro.

Assim, os átomos aceitadores no lado p perto doos átomos da borda de junção e do doador no lado n próximo à borda da junção se tornam íons negativos e positivos, respectivamente. A existência de íons negativos no lado tipo-p ao longo da junção e íons positivos no lado tipo-n ao longo da borda da junção cria um campo elétrico. O campo elétrico se opõe à posterior difusão de elétrons livres do lado do tipo n e dos orifícios do lado do tipo p do diodo de junção PN. Nós chamamos esta região através da junção onde as cargas descobertas (íons) existem, como a região de depleção.

Se, aplicamos tensão de polarização direta ao diodo de junção p-n. Isso significa que, se o lado positivo da bateria estiverconectado ao lado p, então a largura das regiões de depleção diminui e as portadoras (buracos e elétrons livres) fluem através da junção. Se aplicarmos tensão de polarização reversa ao diodo, a largura de depleção aumenta e nenhuma carga pode fluir através da junção.

Características do Diodo de Junção P-N

Vamos considerar uma junção pn com uma concentração de dadores N_D e concentração de aceitador N_UMA. Vamos supor também que todos os átomos doadoresdoaram elétrons livres e se tornaram íons doadores positivos e todos os átomos aceitadores aceitaram elétrons e criaram buracos correspondentes e se tornaram íons aceitadores negativos. Então, podemos dizer que a concentração de elétrons livres (n) e íons doadores N_D são iguais e similares, a concentração de orifícios (p) e íons aceitadores (N_UMA) são os mesmos. Aqui, ignoramos os buracos e os elétrons livres criados nos semicondutores devido a impurezas e defeitos não intencionais.

Através da junção pn, os elétrons livresdoado por átomos doadores no lado tipo-n difuso ao lado do tipo-p e recombine com buracos. Da mesma forma, os buracos criados pelos átomos aceitadores no lado tipo-p difundem-se para o lado tipo-n e se recombinam com elétrons livres. Após este processo de recombinação, há falta ou esgotamento de portadores de carga (elétrons livres e buracos) através da junção. A região do entroncamento onde as transportadoras de carga livre se esgotam é chamada Região de depleção. Devido à ausência de transportadores gratuitos(elétrons e orifícios livres), os íons doadores do lado do tipo n e os íons aceitadores do lado do tipo-p através da junção tornam-se descobertos. Estes iões doadores descobertos positivos para o lado do tipo n adjacente à junção e os iões aceitadores descobertos negativos para o lado do tipo p adjacente à junção provocam uma carga espacial através da junção pn. O potencial desenvolvido através da junção devido a esta carga espacial é chamado de tensão de difusão. A tensão de difusão através de um diodo de junção pn pode ser expressa como O potencial de difusão cria um potencialbarreira para migração adicional de elétrons livres do lado tipo-n para o lado tipo-p e furos do lado tipo-p para o lado tipo-n. Isso significa que o potencial de difusão impede que os portadores de carga atravessem a junção. Esta região é altamente resistiva por causa do esgotamento de portadores de carga livre nesta região. A largura da região de depleção depende da tensão de polarização aplicada. A relação entre a largura da região de depleção e a tensão de polarização pode ser representada por uma equação chamada Equação de Poisson. Aqui, ε é a permitividade do semicondutore V é a tensão de polarização. Deste modo, numa aplicação de uma tensão de polarização directa, a largura da região de depleção, isto é, a barreira da junção pn, diminui e acaba por desaparecer. Assim, na ausência de barreira potencial através da junção na condição de polarização direta, elétrons livres entram na região do tipo p e buracos entram na região do tipo n, onde eles se recombinam e liberam um fóton em cada recombinação. Como resultado, haverá uma corrente direta fluindo pelo diodo. A corrente através da junção PN é expressa como Aqui, a tensão V é aplicada através da junção pn e a corrente total I flui através da junção pn. Eu_s é corrente de saturação reversa, e = carga de elétron, k é constante de Boltzmann e T é temperatura em escala de Kelvin.

O gráfico abaixo mostra a característica de tensão atual de um diodo de junção PN.

Quando, V é positivo, a junção é polarizada para frente e quando V é negativa, a junção é polarizada inversamente. Quando V é negativo e menor que V_º, a corrente é mínima. Mas quando V excede V_º, a corrente de repente se torna muito alta. A tensão V_º é conhecido como o limiar ou corte na tensão. Para o diodo de silício V_º = 0,6 V. Em uma tensão reversa correspondente ao ponto P, há um incremento abrupto na corrente reversa. Essa parte das características é conhecida como região de quebra.