PN přechod - polovodiče, diody

Obrátíme-li polaritu přiloženého napětí, bude odpovídající elektrostatické pole působit proti elektrostatickému poli pevných iontů. Majoritní nosiče se vlivem tohoto pole přiblíží k přechodu, potenciálová přehrada se zruší a vyprázdněná oblast zanikne. Přechod je při této polarizaci (tj. na P plus a na N minus) pro majoritní nosiče otevřen. Říkáme, že je polarizován v přímém směru. Obvodem prochází proud IF, který pří, zvětšování vnějšího napětí prudce vzrůstá, neboť v krystalové mřížce je veliké množství majoritních nosičů připravených k vedení proudu.

Je zřejmé, že přechod PN vykazuje tzv. usměrňovací účinek (jednosměrnou vodivost). Přiložíme-li na část P kladné napětí proti části N, je odpor přechodu velmi malý (řádově zlomky ohmu). Při opačné polarizaci má přechod odpor velmi velký.

Schottkyho přechod

Na přechod se přidává kov, který má za následek usměrňovací nebo odporový účinek.

Usměrňovací přechod – Schottkyho kontakt má zapotřebí, aby vznikl, aby koncentrace příměsí byla malá a jeho povrch co nejméně poškozen.

Základní destička je z křemíku a na ní je přidán kov (např. rtuťové kapky). Na základě toho vzniklo tzv. Schottkyho pravidlo a to říká, že volné nosiče náboje v polovodiči se snadněji pohybují z polovodiče do kovu než obráceně.

Polovodič typu N při styku s kovem ztrácí elektrony a získává kladný potenciál. Z toho vyplyne, že Schottkyho kontakt bude polarizován v přímém směru zrušením potenciální přehrady. Potenciální přehradu zrušíme připojením záporného napětí na polovodič typu N a kladného napětí na polovodič typu P.

Všechny součástky, které využívají Schottkyho kontaktu jsou rychlospínací kontakty.

Druhy polovodičových diod

1. pro síťové usměrňovače

2. pro usměrňování malých vysokofrekvenčních proudů:

   1. plošné

   2. hrotové diody

3. pro stabilizaci napětí – Zenerova dioda

4. kapacitní diody

5. diody pro velké vysokofrekvenční proudy:

   1. mžiková dioda

   2. Schottkyho dioda

   3. dioda PIN

   4. tunelová dioda

   5. Gunnova dioda

Pozn. Většina polovodičových diod se vyrábí z křemíku Si a germania Ge.

Zenerovy diody

Slouží pro stabilizaci většinou stejnosměrného napětí. Využívá přechodu PN většinou plošných křemíkových polovodičových diod vodivých ve zpětném směru.

Zenerův jev: Má-li dioda velmi tenký přechod PN, vzniká při působení napětí ve zpětném směru v její velmi tenké vyprázdněné oblasti tak velká intenzita elektrostatického pole, že dochází k vytrhávání elektronů z vazeb krystalové mřížky. Počet minoritních nosičů náboje v důsledku toho velmi vzroste. To se projeví prudkým růstem zpětného proudu diody při téměř stálém napětí. Přitom se dynamický vnitřní odpor diody zmenší z hodnoty několik MΩ na několik desítek až jednotek Ω.

Napětí, při kterém Zenerův jev nastává, se nazývá Zenerovo napětí. K vyvolání Zenerova jevu je třeba, aby intenzita elektrostatického pole v křemíku dosáhla hodnoty řádově 107 V/m. Intenzita elektrostatického pole ve vyprázdněné oblasti je při určitém napětí nepřímo úměrná její tloušťce. U nejtenčích vrstev se dosahuje kritické intenzity pole (Zenerova napětí) asi při 3 V. Při zvětšování tloušťky přechodu Zenerovo napětí postupně stoupá. Zároveň se však objevuje další jev zvětšující proud ve zpětném směru. Elektrony získávají při průchodu přechodem v důsledku velké intenzity pole značnou kinetickou energii. Je-li přechod široký, je velká pravděpodobnost, že letící elektron narazí ve vyprázdněné oblasti na jiný elektron a uvolní ho z vazby. Oba elektrony jsou polem dále urychlovány a během své cesty uvolní nárazem další elektrony, ty podobným způsobem opět další. Nastává lavinová ionizace v oblasti přechodu, projevující se podobným způsobem jako Zenerův jev.