VI Характеристики диода с PN-переходом

Полупроводники — это материал, который имеет удельное сопротивление и проводимость между металлами и изоляторами. В зависимости от чистоты полупроводники бывают двух типов: Внутренние полупроводники — это вид чистого полупроводника без каких-либо значительных примесей (примесей). Собственный полупроводник также называется нелегированным полупроводником, а внешние полупроводники — это вид полупроводника, в который они легированы примесью, он известен как внешний полупроводник.

диод pn-перехода

Junction generally means the area or point that bounds two different parts, similarly in diodes junction is a boundary of two semiconductor materials i.e. the p-type and the n-type, semiconductor.

Сторона p в pn-переходе имеет положительную сторону полупроводника и имеет избыток дырок, тогда как сторона n имеет избыток электронов, следовательно, это отрицательная сторона. Pn-переход в полупроводниках разрабатывается методом легирования. Добавление примесей в полупроводник называется легированием.

Формирование pn-перехода

Давайте разберемся, например, рассмотрим тонкий лист кремниевого полупроводника p-типа. Если к этому добавить небольшое количество пятивалентной примеси (имеющей валентность пять), часть Si p-типа превратится в кремний n-типа. Этот лист теперь будет содержать обе области, т. е. область p- и n-типа, и между двумя областями будет создано соединение.

• За образованием p-n-перехода следуют два типа процессов – диффузионный и дрейфовый. Как мы знаем, диффузия - это процесс, который следует за потоком частиц от более высокой концентрации к более низкой концентрации, из-за разницы в концентрации электронов и дырок на двух сторонах перехода электроны с n-стороны диффундируют к p -сторона, а отверстия с p-стороны диффундируют на n-сторону. это приводит к увеличению диффузионного тока.
• Кроме того, на n-стороне остается ионизированный донор, представляющий собой неподвижный заряд, который возникает, когда электрон диффундирует с n-стороны на p-сторону. В результате этого процесса на n-стороне перехода образуется слой положительного заряда.
• Точно так же ионизированный акцептор остается на p-стороне, когда дырка переходит с p-стороны на n-сторону, что приводит к образованию слоя отрицательных зарядов на p-стороне перехода. Эта область отрицательного (-) и положительного заряда (+) по обе стороны от соединения называется областью истощения.
• Направление электрического поля от положительного заряда к отрицательному заряду развивается. Из-за этой области положительного заряда по обе стороны от перехода. Из-за этого электрического поля происходит поток электронов и дырок. Это называется дрейфовым движением. обычно направление дрейфового тока противоположно направлению диффузионного тока.

Прямое смещение

При подмагничивании полупроводник подключается к внешнему источнику. когда полупроводник p-типа подключен к положительной клемме источника или батареи, а отрицательная клемма к n-типу, то этот тип соединения называется прямосмещенным. При прямом смещении направление встроенного электрического поля вблизи перехода и приложенного электрического поля противоположны по направлению. это означает, что результирующее электрическое поле имеет меньшую величину, чем встроенное электрическое поле. из-за этого меньше удельное сопротивление и, следовательно, область истощения тоньше. В кремнии при напряжении 0,6 В сопротивление области обеднения становится совершенно пренебрежимо малым.

Обратное смещение

При обратном смещении n-тип подключается к положительной клемме, а p-тип подключается к отрицательной клемме батареи. В этом случае приложенное электрическое поле и встроенное электрическое поле имеют одинаковое направление, и результирующая электрического поля имеет более высокую величину, чем встроенное электрическое поле, создавая более активное сопротивление, поэтому обедненная область толще. если приложенное напряжение становится больше, то область обеднения становится более резистивной и толстой.

p-n Junction Formula

The potential difference created by the electric field in the p-n junction is given by:

E_o = V_T ln [N_d N_a / n_i²] 

where

• E_o  junction voltage at no bias,
• V_T is the thermal voltage at room temperature i.e. 26mv,
• N_d and N_a are the concentrations of impurity and
• n_i is intrinsic concentration.

VI Характеристики диода с pn-переходом

• В условиях прямого смещения p-тип подключается к положительной клемме батареи, а n-тип - к отрицательной клемме батареи, в этом состоянии происходит снижение потенциального барьера. Для германиевых диодов при напряжении 0,3 В, а для кремниевых диодов при напряжении 0,7 В потенциальные барьеры уменьшаются и происходит протекание тока.
• Когда диод находится в прямом смещении , поскольку напряжение, приложенное к диоду, преодолевает потенциальный барьер, ток медленно увеличивается, и полученная кривая является нелинейной. Как только диод пересекает потенциальный барьер, диод ведет себя нормально, и кривая резко возрастает по мере дальнейшего увеличения внешнего напряжения, и полученная кривая становится линейной.
• Когда диод PN-перехода находится под обратным смещением , это приводит к увеличению потенциального барьера и увеличению сопротивления. В переходе присутствуют неосновные носители, которые вначале создают обратные токи насыщения.
• Если приложенное напряжение быстро увеличивается, увеличивается кинетическая энергия из-за неосновных носителей заряда, которые влияют на большинство зарядов. На этом этапе диод выходит из строя. или напряжение называется напряжением пробоя. Это также может разрушить диод.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Легирование кремния индием приводит к полупроводнику какого типа?

Отвечать:

As we know, Valency of Indium is 3 therefore it is Trivalent in nature, when it is doped in Silicon it has majority of holes, that’s why it is of p-type semiconductor.

Вопрос 2: Транзистор имеет усиление по току 30 Ампер. Если сопротивление коллектора 6 кОм, входное сопротивление 1 кОм, рассчитайте его коэффициент усиления по напряжению.

Отвечать:

Given,

R_in =1 kΩ  and R_out = 6k Ω  

∴ R_gain =  R_out/R_in  =  6/1 = 6  

Voltage gain = current gain × Resistance gain  

                     = 30 × 6 =180

Вопрос 3: Напишите характеристики отверстий.

Отвечать:

Following are the characteristics of holes:

• A hole is equivalent to a positive electric charge.
• The mobility of a hole as compare to that of an electron is less.

Вопрос 4: Назовите тип смещения, который приводит к следующему результату:

а) Увеличение сопротивления,

б) Снижение сопротивления и

в) Увеличение ширины обедненной области.

Отвечать:

a) In reverse bias resistance increases.

b) In forward bias resistance decrease.

c) In reverse bias there is increase in the width of depletion region take place.

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

Отвечать:

Number of electrons = n_e

Number of holes = n_h

In intrinsic semiconductor, n_e = n_h

n_e/n_h = 1 

Вопрос 6: 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.