Diode Semiconductoare

Diodele semiconductoare s/t dispozitivele electronice formate dintr-o joncţiune p-n şi două contacte ohmice (metal semiconductor). În f-ţie de structura şi de profilul de dopare cu impurităţi a domeniilor semiconductoare rezultă o serie de priorităţi specifice puse în evidenţă la joncţiunea pn.

O joncţiune p-n se obţine impurificînd un monocristal semiconductor a.î. o regiune s/c de tip p se învecinează cu o regiune s/c de tip n.

Principiile de funcţionare şi diagramele energetice.

Presupunem că avem o structură ce reprezintă un singur corp solid. Putem avea 2 cazuri.

1. joncţiune simetrică (Nd = Na).

În structura p-n cercetată concentraţia golurilor în regiunea p e/e m/mare decît în regiunea n (pp > pn), iar concntraţia electronilor în regiunea n e/e m/mare decît în regiunea p (nn > np). Datorită diferenţei mari de concentraţie, electronii din regiunea n vor difuza în reg. p, iar golurile din regiunea p vor difuza în regiunea n. Difuzia golurilor şi electronilor determină apariţia de o parte şi de alta a interfeţei a unei sarcini spaţiale fixe, datorată atomilor de impurităţi ionizaţi. În regiunea sarcinii spaţiale apare un c.el. orientat de la n la p. C.el. se opune deplasării purtătorilor majoritari şi ca urmare procesul de difuzie e/e atenuat. C.el. favorizează deplasarea purtătorilor minoritari, a.î. apare un curent de cîmp invers curentului de difuzie. Intensitatea cîmpului e/e scăzută datorită num. redus de purtători minoritari. Se stabileşte astfel un echilibru dinamic între curenţii de difuzie datoraţi purtătorilor purtătorilor majoritari şi curenţii de cîmp datorat purtătorilor minoritari. Echilibrul dinamic se menţine şi la schimbarea t0. Datorită difuziei la interfaţa celor 2 zone apare o diferenţă de potenţial numită barieră de potenţial.

Fig.1. Diagramele

Diagrama energetică a joncţiunii p-n în stare de echilibru.

Fig.2

1-curentul de difuzie p/u purtătorii nn şi e/e e*Dn(dn / dx)

2-curentul de difuzie p/u purtătorii pp şi e/e – p*Dp(dp / dx)

3-curentul de drift p/u purtătorii pn şi e/e e*np*n*E

4- curentul de drift p/u purtătorii np şi e/e e*pn*p*E

5-curent de scurgere I0

Ecuaţia de electroneutralitate: ∑Ik = 0

Joncţiunea p-n e/e polarizată direct dacă se aplică plusul tensiunii externe pe regiunea p şi minusul pe reg. n (fig.3,a). Tens. aplicată dă naştere unui cîmp Eext cu sensul de la „+” la „-”, c/e se suprapune cîmpului intern şi-l micşorează. Cîmpul favorizează trecerea purtătorilor majoritari, ceea ce duce la creşterea curentului de difuzie.

Fig.3

Cu creşterea tensiunii U C scade (CeU) (fig.3,b), rezistenţa joncţ. scade, iar curentul I o să crească brusc. Tens. reală la c/e se deschide dioda este (0,21)V.

CVA a VD la pol. dir..

I=Io(eeU/kT1) (1) - rel pentru curentul ce curge prin diodă la polarizare directă.

Joncţiunea p-n polarizată indirect. Dacă plusul tens. exterioare se apl. pe reg. n şi minusul pe reg. p, joncţ. pn e/e pol. indir.. Tens. aplicată dă naştere la un cîmp Eext cu dire. ce coincide cu dir. cîmpului inter. C. extern micşorează cur. de difuzie datorat purtătorilor majoritari. Deplasarea purtăt. minoritari aflaţi în num. redus e/e favorizată de cîmpul rezultant, însă cur. de cîmp rămîne practic const..

Dacă se aplică o tensiune negativă eeU/kT  0 şi I = Io (2) unde I0 – curent de scurgere (fig.5)