에 P-N 접합 다이오드 실리콘 조각의 한쪽면을 P 형 도펀트 (Boran)로 도핑하고 다른면은 N 형 도펀트 (인)로 도핑하여 형성됩니다. 실리콘 대신 Ge를 사용할 수 있습니다. P-N 접합 다이오드는 2 단자 장치입니다. 이것이 P-N 접합 다이오드의 기본 구조입니다. 전류가 한 방향으로 만 흐르도록하여 가장 단순한 반도체 소자 중 하나이며 다이오드는인가 전압에 대해 선형 적으로 동작하지 않고 지수 V-I 관계를 가지고 있습니다.

P-N 접합 다이오드 란?

P-N 접합 다이오드는 두 개의 단자가있는 실리콘 조각입니다. 단자 중 하나는 P 형 재료로 도핑되고 다른 하나는 N 형 재료로 도핑됩니다. P-N 접합은 반도체 다이오드의 기본 요소입니다. 반도체 다이오드는 반도체 다이오드의 주요 기능인 한 방향으로 만 전자의 흐름을 완전히 촉진합니다. 정류기로도 사용할 수 있습니다.

P-N 정션

PN 접합 다이오드 이론

작동 영역은 P 형과 N 형의 두 가지입니다. 그리고 적용된 전압에 따라 P-N 접합 다이오드에 대해 다음과 같은 세 가지 가능한 '바이어스'조건이 있습니다.

제로 바이어스 – PN 접합 다이오드에 외부 전압이 적용되지 않습니다.
순방향 바이어스 – 전압 전위는 P 형 단자에 양극으로 연결되고 다이오드의 N 형 단자에 음극으로 연결됩니다.
역 바이어스 – 전압 전위는 P 형 단자에 음극으로 연결되고 다이오드의 N 형 단자에 양극으로 연결됩니다.

제로 바이어스 조건

이 경우 P-N 접합 다이오드에 외부 전압이 가해지지 않으므로 전자는 P 측으로 확산되고 동시에 정공은 접합부를 통해 N 측으로 확산 된 다음 서로 결합됩니다. 이로 인해 이러한 전하 캐리어에 의해 전기장이 생성됩니다. 전기장은 하전 된 캐리어의 추가 확산에 반대하여 중간 영역에서 움직임이 없습니다. 이 영역을 공핍 폭 또는 공간 전하라고합니다.

편견없는 조건

순방향 바이어스

순방향 바이어스 조건에서 배터리의 음극 단자는 N 유형 재료에 연결되고 양극 단자는 배터리 P-Type 재료에 연결됩니다. 이 연결을 양의 전압 제공이라고도합니다. N 영역의 전자는 접합부를 교차하여 P 영역으로 들어갑니다. P 영역에서 생성되는 인력으로 인해 전자가 끌어 당겨 양의 단자쪽으로 이동합니다. 동시에 구멍은 배터리의 음극 단자에 연결됩니다. 전자와 정공의 움직임에 의해 전류가 흐릅니다. 이 조건에서 공핍 영역의 폭은 양이온 및 음이온의 수가 감소하여 감소합니다.

순방향 바이어스 조건

V-I 특성

양의 전압을 공급함으로써 전자는 전위 장벽 (공 핍층)을 극복하고 접합을 교차 할 수있는 충분한 에너지를 얻습니다. 정공에서도 동일한 일이 발생합니다. 접합을 교차하기 위해 전자와 정공에 필요한 에너지의 양은 Ge의 경우 0.3V, Si의 경우 0.7V, GaAs의 경우 1.2V의 장벽 전위와 같습니다. 이를 전압 강하라고도합니다. 다이오드 양단의 전압 강하는 내부 저항으로 인해 발생합니다. 이것은 아래 그래프에서 확인할 수 있습니다.

순방향 바이어스 V-I 특성

역 바이어스

순방향 바이어스 조건에서 배터리의 음극 단자는 N 유형 재료에 연결되고 배터리의 양극 단자는 P 유형 재료에 연결됩니다. 이 연결은 양의 전압을 제공하는 것으로도 알려져 있습니다. 따라서 전압 및 공 핍층으로 인한 전기장은 같은 방향에 있습니다. 이것은 전보다 더 강한 전기장을 만듭니다. 이 강한 전기장으로 인해 전자와 정공은 접합부를 교차하는 데 더 많은 에너지를 원하므로 반대 영역으로 확산되지 않습니다. 따라서 전자와 정공의 움직임이 없기 때문에 전류가 흐르지 않습니다.

리버스 바이어스 상태의 고갈 레이어

N 형 반도체의 전자는 양극 단자로 끌리고 P 형 반도체의 정공은 음극 단자로 끌립니다. 이는 N 형의 전자 수와 P 형의 정공 수를 감소시킵니다. 또한 N 형 영역에서 양이온이 생성되고 P 형 영역에서 음이온이 생성됩니다.

역방향 바이어스 회로도

따라서 양이온 및 음이온의 수가 증가함에 따라 공 핍층 폭이 증가합니다.

V-I 특성

크리스탈 소수 캐리어의 열 에너지로 인해 생산됩니다. 소수 캐리어는 N 형 물질의 정공과 P 형 물질의 전자를 의미합니다. 이 소수 캐리어는 각각 음극 단자와 양극 단자에 의해 P-N 접합쪽으로 밀려 난 전자와 정공입니다. 소수 캐리어의 움직임으로 인해 나노 암페어 범위 (실리콘의 경우)에있는 매우 적은 전류가 흐릅니다. 이 전류를 역 포화 전류라고합니다. 포화는 최대 값에 도달 한 후 전압이 증가함에 따라 전류 값이 동일하게 유지되는 정상 상태에 도달 함을 의미합니다.

역전 류의 크기는 실리콘 장치의 경우 나노 암페어 정도입니다. 역 전압이 한계 이상으로 증가하면 역전 류가 급격히 증가합니다. 역전 류의 급격한 변화를 일으키는이 특정 전압을 역 항복 전압이라고합니다. 다이오드 고장은 눈사태 고장과 제너 고장의 두 가지 메커니즘에 의해 발생합니다.

나는 = IS [exp (qV / kT) -1]
K – 볼츠만 상수
T – 접합 온도 (K)
(kT / q) 실내 온도 = 0.026V

일반적으로 IS는 약 10-17 …… 10-13A의 매우 작은 전류입니다.

따라서 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

I = IS [exp (V / 0.026) -1]

역 바이어스에 대한 V-I 특성 그래프

PN 접합 다이오드의 응용

P-N 접합 다이오드에는 많은 응용 분야가 있습니다.

역 바이어스 구성의 P-N 접합 다이오드는 가시광을 포함하는 400nm ~ 1000nm 범위의 빛에 민감합니다. 따라서 포토 다이오드로 사용할 수 있습니다.
태양 전지로도 사용할 수 있습니다.
P-N 접합 순방향 바이어스 조건은 모두 LED 조명 애플리케이션 .
바이어스 된 P-N 접합의 전압은 온도 센서 및 기준 전압.
많은 회로에서 사용됩니다. 정류기 , varactors for 전압 제어 발진기 .

P-N 접합 다이오드의 V-I 특성

그래프는 다르게 변경됩니다. 반도체 재료 P-N 접합 다이오드의 구성에 사용됩니다. 아래 다이어그램은 변경 사항을 보여줍니다.

실리콘, 게르마늄 및 갈륨 비소와의 비교

“반전 증폭기는 무엇을합니까 ”

이것은 모두에 관한 것입니다 P-N 접합 다이오드의 이론 , 작동 원리 및 그 응용. 이 기사에 제공된 정보가이 개념을 더 잘 이해하는 데 도움이된다고 생각합니다. 또한이 기사에 관한 질문이나 구현에 대한 도움이 필요하면 전기 및 전자 프로젝트, 아래 댓글 섹션에 댓글을 달아 저희에게 접근 할 수 있습니다. 여기에 질문이 있습니다. P-N 접합 다이오드의 주요 응용 분야는 무엇입니까?

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