Диод

У полупроводников удельное сопротивление находится между проводниками и изоляторами. существует также влияние температуры на проводимость полупроводника, когда к нему добавляется подходящая металлическая примесь. Проводящие свойства полупроводника изменяются. Полупроводники бывают двух типов: собственные полупроводники и внешние полупроводники.

На внешней валентной оболочке атома находится слабо связанный электрон. когда валентные электроны таких двух типов атомов расположены близко друг к другу, тогда валентные электроны обоих этих атомов объединяются, образуя « электронные пары ». Этот тип связи является ковалентной связью, потому что они слабы по своей природе.

Некоторые электроны имеют тенденцию смещаться со своего места и разрывать ковалентные связи из-за подводимой к кристаллу тепловой энергии. Эти разорванные ковалентные связи создают свободное пространство из-за свободного электрона, который беспорядочно блуждает. это свободное пространство, созданное удалением электронов, называется дыркой .

Что такое диод?

Диод состоит из двух слов, т. е. «Ди» означает «Два», а «Оде» означает «Электроды», что означает, что устройство или компонент имеет два электрода. (т.е. катод и анод). Диод представляет собой электронное устройство с двухполюсным однонаправленным источником питания. Полупроводниковый диод - это первый диод, который появляется в полупроводниковых электронных устройствах, после чего появилось много новых инноваций. но чаще всего используется полупроводниковый диод.

A diode has two terminals that have a low resistance to the flow of the current in one direction, there is low resistance on one side and high resistance in the other, thus restricting the flow of current in one direction. Semiconductor diodes are two-terminal devices that consist of a p-n junction and metallic contacts at their two ends.

Materials that are used to make diode are: Germanium, silicon and germanium arsenide etc.

Pn-переход известен как полупроводниковый диод. поскольку он проводит только в одном направлении, поэтому его используют с целью ректификации. Так как он сделан из кристаллоподобного кремния или германия. Он также известен как кристаллический диод. символ диода выглядит так:

Конструкция диода

Мы знаем, что существует два типа полупроводниковых материалов: внутренние и внешние полупроводники. В собственных полупроводниках число электронов и концентрация дырок равны при комнатной температуре. Во внешнем полупроводнике к полупроводнику добавляют примеси, чтобы увеличить количество электронов или количество дырок. Эти примеси бывают пятивалентными (мышьяк, сурьма, фосфор) или трехвалентными (бор, индий, алюминий).

Полупроводниковый диод имеет два слоя. один слой - полупроводник p-типа, а другой - полупроводник n-типа.

• Если мы добавим в полупроводник трехвалентные примеси (кремний и германий), то появится большее количество дырок и это будет положительный заряд. поэтому этот тип слоя известен как слой p-типа.
• Если добавить пятивалентные примеси в полупроводники (кремний или германий), то за счет избыточных электронов возникает отрицательный заряд. поэтому этот тип слоя известен как слой n-типа.

Работа диода

В области N-типа основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями заряда являются дырки. Принимая во внимание, что в области P-типа большинство носителей заряда являются дырками, а носителями отрицательного заряда являются электроны. Из-за разницы концентраций диффузия происходит в основных носителях заряда, и они рекомбинируют с противоположным зарядом. Он образует положительный или отрицательный ион. они собираются возле перекрестка. и эта область известна как область истощения .

• Когда анод или диод p-типа подключен к отрицательной клемме, а n-тип или катод подключен к положительной клемме батареи, этот тип диода подключается в обратном смещении.
• когда анод или клемма p-типа соединены с положительной клеммой, а n-тип или катод соединены с отрицательной клеммой батареи, этот тип диода подключается в прямом смещении.

Forward Bias

Forward bias

In biasing semiconductor is connected to external source. when the p-type semiconductor is connected to the positive terminal of the source or battery and negative terminal to the n-type, then this type of junction is said to be forward-biased. In forward bias the direction of built-in electric field near the junction and applied electric field are opposite in direction. this means that the resultant electric field has a magnitude lesser than the built-in electric field. due to this there is less resistivity and therefore depletion region is thinner. In silicon, at the voltage of 0.6 V, the resistance of the depletion region becomes completely negligible.

Reverse Bias

Reverse bias

In the reverse biasing, the n-type is connected to the positive terminal and the p-type is connected to the negative terminal of the battery . In this case, the applied electric field and the built-in electric field are in the same direction and the resultant of electric field has higher magnitude than the built-in electric field creating a more resistive, therefore depletion region is thicker. if the applied voltage becomes larger, then the depletion region becomes more resistive and thicker.

Unbiased diode

When there is no external source applied to semiconductors is known as an unbiased diode. the electric field is built up across the depletion layer between the p-type and the n-type material. this happens because of unbalanced no. of electrons and holes due to doping. At room temperature, for a silicon diode, 0.7V is barrier potential.

Типы полупроводниковых диодов

Существуют различные типы полупроводниковых диодов:

1. Светодиод . Термин «светодиод» означает «светоизлучающий диод», это наиболее полезный тип диода, когда диод подключен к прямому смещению, тогда ток, протекающий через переход, излучает свет.
2. Зенеровский диод - Зенеровский диод - это тип диода, он позволяет протекать току в прямом направлении, он также может работать в обратном направлении, но в состоянии пробоя. Зенеровский диод применяется для регулирования напряжения. Зенеровский диод использует p-n переход в режим обратного смещения, чтобы дать эффект Зенера.
3. Туннельный диод – Туннельный диод используется для микроволновых применений.
4. Диод с переменной емкостью . Этот тип диода также называется диодом VARICAP, хотя выход переменной емкости может иметь обычный диод с p-n-переходом, но этот диод одобрен для обеспечения предпочтительного изменения емкости, поскольку они относятся к другому типу диода.
5. Фотодиод - этот тип диода, который производит ток при определенном количестве энергии света, падающей на него. В условиях прямой передачи тока смещения от p к n, в то время как в обратном направлении фототок течет в обратном направлении, существует два типа фотодиодов. т.е. фотодиод PN и фотодиод PIN.
6. Переключающий диод и т.д.

Применение полупроводникового диода

Применения полупроводникового диода следующие:

• Выпрямительный диод — выпрямительный диод — это тип диода, который используется для выпрямления переменного тока (AC).
• Светодиод – светодиод используется для излучения инфракрасного спектра света.
• Зенеровский диод – Зенеровский диод используется для стабилизации тока и напряжения в электронных системах.
• Фотодиод – работает как фотоприемник.
• Переключающий диод — используется для быстрого переключения.
• Туннельный диод. Туннельный диод — это особый тип диода, который используется в области отрицательного сопротивления.

Пример вопроса

Вопрос 1: Дайте определение термину «допинг».

Отвечать:

Doping is the process of adding impurities into the semiconductor, so that more electron-hole pair generate, The impurities added, are generally pentavalent and trivalent impurities. therefore they are p-type and n-type semiconductors.

Вопрос 2: Что происходит, когда –

• Положительное напряжение диода приложено к аноду.
• Отрицательное напряжение диода подается на анод.

Отвечать:

• This type of diode gets forward bias.
• This type of diode gets reverse bias.

Вопрос 3: Как влияет температура на полупроводники:

Отвечать:

• For Intrinsic semiconductor – the conductivity increases with the rise in temperature, because more number electron-hole pair generates.
• For Extrinsic semiconductors – When temperature increases the number of electron-hole pair increases which results in lesser effect of doping and more number of these pairs neutralizes.

Вопрос 4: Дайте определение термину «напряжение пробоя p-n перехода».

Отвечать:

In reverse bias condition, when the applied voltage increases gradually at a certain point there is increase in reverse current noticed, this is junction breakdown, corresponding applied voltage is known as breakdown voltage of p-n junction diode.

Вопрос 5: Каково соотношение электронов и дырок в собственном полупроводнике?

Отвечать:

Number of electrons = n_e

Number of holes = n_h

In intrinsic semiconductor, ne = n_h

ne/n_h = 1