ĐẾN P-N Junction Diode được tạo thành bằng cách pha tạp một mặt của miếng silicon với chất pha tạp loại P (Boran) và mặt kia với chất pha tạp loại N. (phốt pho). Có thể sử dụng chúng thay cho Silicon. Diode tiếp giáp P-N là một thiết bị hai đầu cuối. Đây là cấu tạo cơ bản của diode tiếp giáp P-N. Nó là một trong những thiết bị bán dẫn đơn giản nhất vì nó cho phép dòng điện chạy theo một hướng. Diode không hoạt động tuyến tính đối với điện áp đặt vào và nó có mối quan hệ V-I hàm mũ.

Diode tiếp giáp P-N là gì?

Điốt tiếp giáp P-N là một miếng silicon có hai đầu cuối. Một trong các thiết bị đầu cuối được pha tạp chất liệu loại P và đầu còn lại bằng chất liệu loại N. Tiếp giáp P-N là phần tử cơ bản của điốt bán dẫn. Diode bán dẫn tạo điều kiện cho dòng electron hoàn toàn chỉ theo một hướng - đây là chức năng chính của diode bán dẫn. Nó cũng có thể được sử dụng như một bộ chỉnh lưu.

P-N Junction

Lý thuyết điốt nối PN

Có hai vùng hoạt động: kiểu P và kiểu N. Và dựa trên điện áp được đặt, có ba điều kiện 'xu hướng' có thể xảy ra đối với Diode nối P-N, như sau:

Không thiên vị - Không có điện áp bên ngoài được áp dụng cho diode tiếp giáp PN.
Xu hướng chuyển tiếp - Hiệu điện thế nối dương với cực loại P và âm với cực N của Diode.
Khuynh hướng đảo ngược - Hiệu điện thế được nối âm với cực loại P và dương với cực loại N của Diode.

Điều kiện không thiên vị

Trong trường hợp này, không có điện áp bên ngoài nào được đặt vào diode tiếp giáp P-N và do đó, các điện tử khuếch tán về phía P và các lỗ trống đồng thời khuếch tán về phía N qua đường giao nhau, rồi kết hợp với nhau. Do đó, một điện trường được tạo ra bởi các hạt tải điện này. Điện trường chống lại sự khuếch tán thêm của các hạt mang điện để không có chuyển động trong vùng giữa. Vùng này được gọi là độ rộng cạn kiệt hoặc phí không gian.

Điều kiện không thiên vị

Xu hướng chuyển tiếp

Trong điều kiện phân cực thuận, cực âm của pin được kết nối với vật liệu loại N và cực dương của cục pin được kết nối với vật liệu P-Type. Kết nối này cũng được gọi là cung cấp điện áp dương. Các êlectron từ vùng N vượt qua đường giao nhau và đi vào vùng P. Do lực hấp dẫn sinh ra trong vùng P, các electron bị hút và chuyển động về phía cực dương. Đồng thời các lỗ này bị hút vào cực âm của pin. Bằng sự chuyển động của các electron và dòng điện lỗ trống. Trong điều kiện này, độ rộng của vùng suy giảm giảm do giảm số lượng các ion âm và dương.

Điều kiện thiên vị chuyển tiếp

Đặc điểm V-I

Bằng cách cung cấp điện áp dương, các electron nhận đủ năng lượng để vượt qua rào cản tiềm năng (lớp suy giảm) và vượt qua đường giao nhau và điều tương tự cũng xảy ra với các lỗ trống. Mức năng lượng mà các electron và lỗ trống cần để vượt qua đường giao nhau bằng thế năng cản 0,3 V đối với Ge và 0,7 V đối với Si, 1,2V đối với GaA. Điều này còn được gọi là sụt áp. Sự sụt giảm điện áp trên diode xảy ra do nội trở. Điều này có thể được quan sát trong biểu đồ dưới đây.

Chuyển tiếp thiên vị V-I Characheristics

Chuyển tiếp thiên vị V-I Đặc điểm

Khuynh hướng đảo ngược

Trong điều kiện phân cực thuận, cực âm của pin được kết nối với vật liệu loại N và cực dương của pin được kết nối với vật liệu loại P. Kết nối này còn được gọi là cung cấp điện áp dương. Do đó, điện trường do cả lớp điện áp và lớp suy giảm có cùng phương. Điều này làm cho điện trường mạnh hơn trước. Do điện trường mạnh này, các electron và lỗ trống muốn có nhiều năng lượng hơn để vượt qua điểm nối nên chúng không thể khuếch tán sang vùng đối diện. Do đó, không có dòng điện chạy qua do thiếu sự chuyển động của các electron và lỗ trống.

Lớp cạn kiệt trong điều kiện phân biệt ngược

Các điện tử từ chất bán dẫn loại N bị hút về phía cực dương và các lỗ trống từ chất bán dẫn loại P bị hút về phía cực âm. Điều này dẫn đến giảm số lượng electron ở loại N và lỗ trống ở loại P. Ngoài ra, các ion dương được tạo ra ở vùng loại N và các ion âm được tạo ra ở vùng loại P.

Sơ đồ mạch cho phân cực ngược

Do đó, chiều rộng lớp suy giảm được tăng lên do số lượng các ion âm và dương ngày càng tăng.

Đặc điểm V-I

Do năng lượng nhiệt trong các hạt tải điện thiểu số tinh thể được tạo ra. Hạt tải điện cực tiểu nghĩa là một lỗ trống trong vật liệu loại N và các electron trong vật liệu loại P. Các hạt tải điện thiểu số này là các electron và lỗ trống được đẩy về phía tiếp giáp P-N bởi cực âm và cực dương, tương ứng. Do sự chuyển động của các hạt tải điện thiểu số, dòng điện chạy qua rất ít, nằm trong dải nano Ampe (đối với silicon). Dòng điện này được gọi là dòng điện bão hòa ngược. Bão hòa có nghĩa là, sau khi đạt đến giá trị lớn nhất, đạt đến trạng thái ổn định trong đó giá trị dòng điện vẫn giữ nguyên khi điện áp tăng.

Độ lớn của dòng điện ngược là bậc của nano-ampe đối với các thiết bị silicon. Khi điện áp ngược tăng vượt quá giới hạn, thì dòng ngược lại tăng mạnh. Điện áp cụ thể gây ra sự thay đổi mạnh mẽ của dòng điện ngược được gọi là điện áp đánh thủng ngược. Sự cố Diode xảy ra theo hai cơ chế: Sự cố Avalanche và sự cố Zener.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
K - Hằng số Boltzmann
T - Nhiệt độ đường giao nhau (K)
(kT / q) Nhiệt độ phòng = 0,026V

Thông thường IS là một dòng điện rất nhỏ khoảng 10-17 …… 10-13A

Do đó, nó có thể được viết là

I = IS [exp (V / 0.026) -1]

Đồ thị đặc điểm V-I cho phân biệt ngược

Các ứng dụng của Diode tiếp giáp PN

Diode tiếp giáp P-N có nhiều ứng dụng.

Diode tiếp giáp P-N trong cấu hình phân cực ngược nhạy cảm với ánh sáng trong phạm vi từ 400nm đến 1000nm, bao gồm ánh sáng VISIBLE. Do đó, nó có thể được sử dụng như một photodiode.
Nó cũng có thể được sử dụng như một pin mặt trời.
Điều kiện phân cực thuận tiếp nối P-N được sử dụng trong tất cả Ứng dụng chiếu sáng LED .
Điện áp trên đường phân cực P-N được sử dụng để tạo ra Cảm biến nhiệt độ và Điện áp tham chiếu.
Nó được sử dụng trong nhiều mạch ' bộ chỉnh lưu , varactors cho bộ dao động điều khiển điện áp .

Đặc tính V-I của Diode tiếp giáp P-N

Biểu đồ sẽ được thay đổi cho vật liệu bán dẫn được sử dụng trong việc xây dựng một diode tiếp giáp P-N. Sơ đồ dưới đây mô tả những thay đổi.

So sánh với Silicon, Germanium và Gallium Arsinide

So sánh với Silic, Gecmani và Gali Arsenide

“vật liệu áp điện và ứng dụng của chúng ”

Đây là tất cả về Lý thuyết của diode nối P-N , nguyên lý làm việc và các ứng dụng của nó. Chúng tôi tin rằng thông tin được đưa ra trong bài viết này là hữu ích để bạn hiểu rõ hơn về khái niệm này. Hơn nữa, đối với bất kỳ truy vấn nào liên quan đến bài viết này hoặc bất kỳ trợ giúp nào trong việc triển khai dự án điện và điện tử, bạn có thể liên hệ với chúng tôi bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới. Đây là một câu hỏi dành cho bạn - Ứng dụng chính của diode tiếp giáp P-N là gì?

Tín ảnh: