PN přechod

7. PN PŘECHOD

Základní polovodičové materiály

• uhlík, křemík, germánium, olovo, cín (čtyřmocné prvky)

Vlastní a nevlastní vodivost polovodičů

VLASTNÍ

• vzniká přivedením vnější energie a dána šířkou zakázaného pásma (několik eV).

• vedení proudu je tvořeno přemisťováním záporného náboje elektronu a kladného náboje děr.

NEVLASTNÍ

• vzniká nahrazením 4-mocného prvku v kryst. mřížce 5-mocným = donor (F, As, Sb) – uvolněný elektron se pohybuje v prostoru kryst. mřížky a vyváří VODIVOST TYPU N = elektronová vodivost.

• nahradíme-li v kryst. mřížce 4-mocný prvek 3-mocným (B, Al), chybí jeden elektron k tomu aby se vytvořila vazba – volné místo ve vazbě je díra jako kladný náboj, který umožňuje vedení I látkou = VODIVOST TYPU P = děrová vodivost.

POLOVODIČ TYPU N - volné elektrony – majoritní nosiče náboje

- díry – minoritní

POLOVODIČ TYPU P - volné díry – majoritní nosiče náboje

- elektrony – minoritní

Princip PN přechodu

N P

UD

- po spojení obou částí začne působit difúzní napětí UD. Elektrony a díry rekombinují (zaplnění volného místa ve vazbě) a v části N převládá + a v části P - . Mezi N a P se vytvoří rozdíl potenciálů.

- Současně v okolí PN přechodu vzniká el. stat. pole pevných iontů, které působí odpudivě na - , které se chystají přejít do P a na + do N. Děj přechodu elektronů a děr probíhá tak dlouho až dojde k dynamické rovnováze.

Druhy polovodičových diod a jejich použití

1) Diody pro síťové usměrnění:

• značení KY

• jedná se o usměrnění I jednotky až 10ky A a U až 100ky V.

• většinou Si

• široká plocha přechodu

2) Diody pro usměrnění malých VF proudů:

1. PLOŠNÉ

- značení KA

- v oblasti desítek MHz

- vytvoření přechodu difúzní technolgií

- v kovovém pouzdře

1. HROTOVÉ

- značení GAZ

- přechod dosažen formování (vyšším proudem)

- kovové pouzdro

- stabilnější verze: se zlatým hrotem

- použití: spínací účely (100ky MHz)

3) Diody pro stabilizaci napětí – ZENEROVA DIODA

• používá se v závěrném směru

• Si diody polarizovány v závěrném směru

• ZENERŮV JEV – v závěrném směru vzniká velké E el. stat. pole – tj. vytrhávání elektronů z vazeb. Počet minoritních nosičů vzroste při stabilním napětí.

• velká změna I vyvolá malou změnu U

4) Kapacitní diody (VARIKAPY)

• využívají kapacitu přechodu

• Přechod: a) sléváním b) difúzí nebo epitaxí

• použití: k přelaďování rez. obvodů místo ladícího kondenzátoru

5) Diody pro VVF

• VARAKTOR – Si dioda s prodlouženou dobou zotavení

• Schottkyho dioda

• Dioda PIN (vrstva I se neuplatňuje při průchodu I nebo malých f (NF zařízení) Pro VVF (chová se jako lineární R)

• Tunelová dioda

• Gunnova dioda

VA charakteristika diod a její měření

Statický odpor

RFS=UFS/IFS [Ω]

Dynamický odpor: zjistíme pomocí tečny k VA charakteristice

RD=∆U/∆I [Ω]