PN 접합 다이오드의 전류 방정식

실리콘 또는 게르마늄과 같은 반도체 물질이 불순물로 도핑 될 때 PN 접합부가 얻어진다. 그것의 한쪽은 수용자 불순물이 많고 다른쪽에는 많은 기증자 불순물이 있습니다. 

기증자 불순물은 순수한 반도체로 확산되어 N 형을 얻는다; 마찬가지로, 구조 불순물은 P- 타입으로 만들기 위해 다른쪽에 더 높은 농도로 확산됩니다.

배터리의 양수 단자가 P 측에 연결되고 음의 단자가 N- 사이드에 연결되는 방식으로 배터리가 PN 접합의 끝에 연결될 때 전방 바이어스 PN 접합 다이오드가 형성됩니다.

일부 중요한 용어

1. 다이오드 - 전류의 흐름을 한 방향으로 자유롭게 허용하지만 반대 방향으로 전류의 흐름을 허용하지 않는 모든 장치를 다이오드라고합니다. 
2. 고갈 층 - 고갈 층은 모바일 캐리어가 발견되지 않은 PN 정션 다이오드의 영역입니다. 이 층은 N 측에서 전자의 흐름을 저항하는 장벽으로 작용하고 P 측면의 구멍.
3. 확산 전류-PN 접합부에서 구멍은 P 측에서 N 측에서 확산되고 전자는 N 측에서 P 측면으로 확산됩니다. 잠재적 구배가 생성되어 확산 전류라는 전류가 생성됩니다.
4. 드리프트 전류-전기장의 영향을받는 고갈 층에서 전자 구멍 쌍의 생성으로 인해 생성됩니다. 전류는 N 쪽에서 P 측면으로 흐릅니다. 드리프트 전류 및 확산 전류는 반대 방향입니다.

전방 바이어스 PN 접합 다이오드

• 순방향 바이어스 PN 접합은 P 측의 잠재력을 증가시켜 전위 장벽의 높이가 감소합니다.
• 고갈 영역의 너비는 더 많은 확산이 발생하여 전방 편향에서 감소됩니다.
• 따라서, 전방 바이어스에 배터리를 연결하여 확산 전류가 증가합니다.
• 드리프트 전류는 전자 구멍 쌍이 전기장과 무관하므로 일정하게 유지됩니다.
• 여기서, 확산 전류는 드리프트 전류를 초과하므로 순 전류는 P 측에서 N- 사이드로 흐릅니다.
• 장벽 높이의 감소와 함께 적용된 전위차가 증가함에 따라 확산 속도가 증가합니다.
• 적용된 전위차가 너무 높으면 전위 장벽이 0으로 줄어 듭니다.
• 회로의 현재 I는 적용된 전위차와 비선형으로 변합니다.
• PN 교차점은 옴의 법칙에 순종하지 않습니다.

PN 접합 다이오드의 전류 방정식

P-N 정션 다이오드에서, 전류 i는

• i는 다이오드를 통해 흐르는 전류를 나타냅니다.
• i0은 어두운 포화 전류입니다.
• Q는 전자의 전하
입니다
• v는 다이오드에 가해지는 전압
를 나타냅니다
• η는 (지수) 이상 성 요소입니다.
• (8.6 × 10-5EVK)는 Boltzmann 상수입니다.
• t는 켈빈의 절대 온도입니다.

동적 저항

동적 저항은 작동 전위차의 기능입니다. 그것은 i-v.

PN 접합 다이오드의 동적 저항은

r =vi

여기서,

∆V는 적용된 전위차의 작은 변화를 나타냅니다.

∆i는 전류의 해당 작은 변화를 나타냅니다.

PN 접합 다이오드의 순방향 전류 방정식 및 그 중요성의 예

광 방출 다이오드 (LED)

전도 전자가 원자가 밴드로 전이하여 PN 접합부의 구멍을 채울 때 여분의 에너지는 광자 형태로 방출된다. 이 광자의 파장은 가시 범위 (380 nm-780 nm)입니다. 방출 된 빛을 볼 수 있습니다. 이러한 종류의 PN 접합부는 광 방출 다이오드로 알려져 있습니다.

실리콘과 게르마늄의 경우, 광자의 파장은 적외선 영역에서 떨어집니다.

정션 정류기

PN 접합부에 잠재적 차이가 적용될 때, 그 장치는 다른 전위차의 한 터미널에서 전기를 더 빨리 전도시킨다. 따라서, PN 접합부는 접합 정류기의 함수로서 작용할 수있다.

정션 레이저

전자가 전도 대역에서 원자가 대역으로 이동할 때 광자가 생성됩니다. 이 광자는 제 2 전자를 자극하여 원자가 밴드로 들어가서 자극 된 방출에 의해 두 번째 광자를 생성합니다. 방출의 연쇄 반응이 발생하고 회로에서 전류가 생성된다. 이것은 레이저 조명의 생성으로 이어집니다. 이것을 가져 오기 위해, PN 접합의 표면은 결정 내의 빛을 앞뒤로 반사하기 위해 평평하고 평행해야한다. 따라서, PN 접합부는 접합 레이저로서 작용할 수있다. 

결론

PN 접합부는 P- 타입 재료를 형성하기 위해 하나의 끝 도핑 된 단일 반도체 결정이고, 다른 쪽 끝은 N 형 재료를 형성한다. 정션 평면은이 두 유형의 회의 지점입니다.

제너 다이오드, 접합 정류기, 접합 레이저 및 조명 방출 다이오드는 PN 접합 다이오드의 전방 전류 방정식의 예입니다.

순방향 PN 접합 다이오드는 많은 중요성을 가지고 있습니다. 온도 센서, 기준 전압, 태양 전지 및 디지털 카메라에 사용됩니다.