シリコンやゲルマニウムなどの半導体材料に不純物をドープすると、PN接合が得られます。その一方の側には多くのアクセプター不純物があり、もう一方の側には多数のドナー不純物があります。
純粋な半導体にドナー不純物を拡散させてn型にする。同様に、構造不純物は反対側に高濃度で拡散され、p 型になります。
バッテリの正端子が p 側に接続され、負端子が n 側に接続されるように、バッテリが PN 接合の両端に接続されると、順方向バイアスの PN 接合ダイオードが形成されます。 .
いくつかの重要な用語
<オール>順方向バイアス PN 接合ダイオード
- 順方向バイアス PN 接合により、p 側の電位が増加するため、電位障壁の高さが減少します。
- 空乏領域の幅は順方向バイアスで減少し、より多くの拡散が発生します。
- したがって、バッテリーを順バイアスで接続すると、拡散電流が増加します。
- 電子と正孔のペアは電界に依存しないため、ドリフト電流は一定のままです。
- ここでは、拡散電流がドリフト電流を超えるため、正味の電流は p 側から n 側に流れます。
- 障壁の高さが減少するにつれて、適用される電位差が増加すると、拡散速度が増加します。
- 適用される電位差が高すぎる場合、電位障壁はゼロに減少します。
- 回路内の電流 I は、印加された電位差によって非線形に変化します。
- PN ジャンクションはオームの法則に従わない。
PN接合ダイオードの順電流式
pn接合ダイオードでは、電流Iは次のように表すことができます
- I はダイオードを流れる電流を表します。
- I0 は暗飽和電流、
- q は電子の電荷
- V はダイオードに印加される電圧を表します。
- η は (指数関数的な) 理想係数です。
- (8.6×10−5eVK) はボルツマン定数です。
- T はケルビン単位の絶対温度です。
動的抵抗
動的抵抗は動作電位差の関数です。これは、i-v の傾きの逆数に等しくなります。
pn 接合ダイオードの動的抵抗は次のように与えられます。
R =vi
どこで、
Δv は、適用された電位差の小さな変化を示します。
Δi は、対応する電流の小さな変化を示します。
PN 接合ダイオードの順方向電流式の例とその重要性
発光ダイオード (LED)
余分なエネルギーは、伝導電子が価電子帯に遷移して PN 接合の穴を埋めるときに、光子の形で放出されます。この光子の波長は可視範囲 (380 nm-780 nm) にあります。放出された光を見ることができます。この種の PN 接合は、発光ダイオードとして知られています。
シリコンとゲルマニウムの場合、光子の波長は赤外線領域に入ります。
接合整流器
PN 接合に電位差が印加されると、そのデバイスは、印加された電位差の一方の端子から他方の端子よりも速く電気を伝導します。したがって、PN接合は接合整流器の機能として機能します。
ジャンクションレーザー
電子が伝導帯から価電子帯に移動すると、光子が生成されます。この光子は 2 番目の電子を刺激して価電子帯に入り、誘導放出によって 2 番目の光子を生成します。放出の連鎖反応が起こり、回路に電流が発生します。これにより、レーザー光が発生します。これを実現するには、結晶内で光を前後に反射するために、PN接合の表面が平らで平行である必要があります。したがって、PN接合は接合レーザーとして機能することができます。
結論
PN接合は、一方の端がドープされてp型材料を形成し、もう一方の端がn型材料を形成する単一の半導体結晶です。接合面は、これら 2 つのタイプの出会いのポイントです。
ツェナー ダイオード、接合整流器、接合レーザー、および発光ダイオードは、PN 接合ダイオードの順方向電流方程式の例です。
順方向 pn 接合ダイオードには多くの重要性があります。温度センサー、基準電圧、太陽電池、デジタル カメラで使用されます。
