Diode PN Junction và đặc điểm của Diode PN Junction

Diode tiếp giáp PN là một trong những yếu tố cơ bản trong điện tử. Trong loại diode này , chúng tôi dope một mặt của một chất bán dẫn với tạp chất chấp nhận và một mặt khác với tạp chất của nhà tài trợ. Diode tiếp giáp PN là một phần tử điện tử hai cực, có thể được phân loại là "phân loại bước" hoặc "phân loại tuyến tính".

Trong một bước phân loại PN ngã ba, nồng độ của các chất dẫn xuất cả, ở phía N và phía P đều đồng nhất với đường giao nhau. Nhưng trong một đường nối được phân loại tuyến tính, nồng độ pha tạp thay đổi gần như tuyến tính với khoảng cách từ đường giao nhau. Khi chúng ta không áp dụng bất kỳ điện áp nào trên diode PN , các electron tự do sẽ khuếch tán qua tiếp giáp với phía P và các lỗ sẽ khuếch tán qua tiếp giáp với phía N và chúng kết hợp với nhau.

Do đó, các nguyên tử chấp nhận ở cạnh p gần cạnh tiếp giáp và các nguyên tử của nhà tài trợ ở cạnh n gần cạnh ngã ba trở thành các ion âm và dương tương ứng. Sự tồn tại của các ion âm ở phía loại p dọc theo đường giao nhau và các ion dương ở phía loại n dọc theo cạnh đường nối tạo ra một điện trường. Các hồ sơ điện phản đối sự khuếch tán thêm của các electron tự do từ phía loại n và lỗ trống từ phía loại p của diode tiếp giáp PN. Chúng tôi gọi khu vực này qua ngã ba nơi tồn tại các điện tích (ion) chưa phát hiện, là khu vực cạn kiệt.

Nếu, chúng ta áp dụng điện áp phân cực thuận cho diode tiếp giáp pn . Điều đó có nghĩa là nếu mặt tích cực của pin được kết nối với mặt p, thì chiều rộng vùng suy giảm sẽ giảm và các sóng mang (lỗ và electron tự do) chảy qua đường giao nhau. Nếu chúng ta áp một điện áp phân cực ngược cho diode, chiều rộng suy giảm sẽ tăng và không có điện tích nào có thể chảy qua đường giao nhau.

Đặc điểm của Diode PN

Chúng ta hãy xem xét một lớp tiếp giáp pn với một sự tập trung tài trợ N D và chấp nhận hàm lượng N Một . Chúng ta cũng giả sử rằng tất cả các nguyên tử của người hiến đã tặng các electron tự do và trở thành các ion của người cho dương và tất cả các nguyên tử chấp nhận đã chấp nhận electron và tạo ra các lỗ tương ứng và trở thành các ion chấp nhận âm. Vì vậy, chúng ta có thể nói nồng độ của các electron tự do (n) và các ion của nhà tài trợ N D là như nhau và tương tự nhau, nồng độ của các lỗ trống (p) và các ion chấp nhận (N A ) là như nhau. Ở đây, chúng tôi đã bỏ qua các lỗ trống và các electron tự do được tạo ra trong chất bán dẫn do các tạp chất và khuyết tật không chủ ý.
Trên giao lộ pn, các electron tự do do các nguyên tử của người hiến tặng ở phía loại n khuếch tán sang phía p-typer và kết hợp lại với các lỗ trống. Tương tự, các lỗ trống được tạo ra bởi các nguyên tử chấp nhận ở phía loại p khuếch tán sang phía loại n và kết hợp lại với các electron tự do. Sau quá trình tái hợp này, thiếu hoặc thiếu các hạt mang điện (các electron và lỗ trống tự do) trên đường giao nhau. Vùng trên giao lộ nơi các hãng vận chuyển miễn phí bị cạn kiệt được gọi là vùng cạn kiệt. Do không có các hạt mang điện miễn phí (các electron và lỗ trống tự do), các ion của các bên thuộc loại n và các ion chấp nhận của phía loại p trên đường giao nhau trở nên không được phát hiện. Các ion của các nhà tài trợ tích cực được phát hiện về phía loại n tiếp giáp với đường giao nhau và các ion chấp nhận âm không được phát hiện về phía loại p tiếp giáp với đường giao nhau gây ra một điện tích không gian trên đường giao nhau. Điện thế phát triển trên đường giao nhau do điện tích không gian này được gọi là điện áp khuếch tán . Điện áp khuếch tán qua một diode tiếp giáp pn có thể được biểu thị nhưĐiện thế khuếch tán tạo ra một rào cản tiềm năng cho việc di chuyển thêm các electron tự do từ phía loại n sang phía loại p và các lỗ trống từ phía loại p sang phía loại n. Điều đó có nghĩa là tiềm năng khuếch tán ngăn chặn các hạt mang điện đi qua đường giao nhau. Khu vực này có điện trở cao vì sự cạn kiệt của các hãng vận chuyển miễn phí trong khu vực này. Độ rộng của vùng cạn kiệt phụ thuộc vào điện áp sai lệch được áp dụng. Mối quan hệ giữa chiều rộng của vùng suy giảm và điện áp sai lệch có thể được biểu diễn bằng một phương trình gọi là phương trình Poisson .Ở đây, là hằng số điện môi của chất bán dẫn và V là điện áp phân cực. Vì vậy, trên một ứng dụng của điện áp phân cực thuận, chiều rộng của vùng cạn kiệt, tức là hàng rào tiếp giáp pn giảm và cuối cùng biến mất. Do đó, trong trường hợp không có rào cản tiềm năng trên đường giao nhau trong điều kiện phân cực thuận, các electron tự do đi vào vùng loại p và các lỗ trống đi vào vùng loại n, nơi chúng kết hợp lại và giải phóng một photon ở mỗi lần tái hợp. Kết quả là, sẽ có một dòng chuyển tiếp chạy qua diode. Dòng điện qua ngã ba PN được biểu thị bằngỞ đây, điện áp V được đặt trên đường giao nhau pn và tổng dòng I, chảy qua đường giao nhau pn. I s là dòng bão hòa ngược, e = điện tích của electron, k là hằng số Boltzmann và T là nhiệt độ theo thang Kelvin.

Biểu đồ dưới đây cho thấy đặc tính điện áp hiện tại của diode tiếp giáp PN.Khi, V dương, đường giao nhau bị phân cực thuận và khi V âm, đường nối bị phân cực ngược. Khi V âm và nhỏ hơn V TH , dòng điện là tối thiểu. Nhưng khi V vượt quá V TH , dòng điện đột nhiên trở nên rất cao. Điện áp V TH được gọi là ngưỡng hoặc cắt trong điện áp. Đối với diode Silicon V TH = 0,6 V. Ở điện áp ngược tương ứng với điểm P, có sự tăng đột ngột trong dòng điện ngược. Phần đặc điểm này được gọi là khu vực sự cố.