| از پیوند دو نوع نیم رسانای n و p یک قطعه الکترونیکی به نام دیود بوجود می‌آید که در انواع مختلفی در سیستمهای مخابرات نوری ، نمایشگرهای دیجیتالی ، باتری‌های خورشیدی و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد. |
دید کلی
دیود یک قطعه الکترونیکی است که از به هم چسباندن دو نوع ماده n و p (هر دو از یک جنس ،
سیلیسیم یا
ژرمانیم) ساخته می‌شود. چون دیود یک قطعه دو پایانه است، اعمال ولتاژ در دو سر پایانه‌هایش سه حالت را پیش می‌آورد.
- دیود بی بایاس یا بدون تغذیه که ولتاژ دو سر دیود برابر صفر است و جریان خالص بار در هر جهت برابر صفر است.
- بایاس مستقیم یا تغذیه مستقیم که ولتاژ دو سر دیود بزرگتر از صفر است که الکترونها را در ماده n و حفره‌ها را در ماده p تحت فشار قرار می‌دهد تا یونهای مرزی با یکدیگر ترکیب شده و عرض ناحیه تهی کاهش یابد. (گرایش مستقیم دیود)
- تغذیه یا بایاس معکوس که ولتاژ دو سر دیود کوچکتر از صفر است، یعنی ولتاژ به دو سر دیود طوری وصل می‌شود که قطب مثبت آن به ماده n و قطب منفی آن به ماده p وصل گردد و به علت کشیده شدن یونها به کناره عرض ناحیه تهی افزایش می‌یابد (گرایش معکوس دیود).
در دیودی که بایاس مستقیم دارد، الکترونهای
نوار رسانش از پیوندگاه عبور کرده و به داخل حفره‌ها می‌افتند. این الکترونها به هنگام صعود به نوار رسانش انرژی دریافت کرده بودند که به هنگام برگشت به
نوار ظرفیت انرژی دریافتی را مجددا تابش می‌کنند. در
دیودهای یکسوساز این انرژی به صورت گرما پس داده می‌شود، ولی دیودهای نور گسل LED این انرژی را به صورت
فوتون تابش می‌کنند.
فوتودیودها
انرژی گرمایی باعث تولید حاملهای اقلیتی در دیود می‌گردد. با افزایش دما جریان دیود در بایس معکوس افزایش می‌یابد. انرژی نوری هم همانند انرژی گرمایی باعث بوجود آمدن حاملهای اقلیتی می‌گردد. کارخانه‌های سازنده با تعبیه روزنه‌ای کوچک برای تابش
نور به پیوندگاه دیودهایی را می‌سازند که
فوتودیود نامیده می‌شوند. وقتی نور خارجی به پیوندگاه یک
فوتودیود که بایس مستقیم دارد فرود آید، زوجهای الکترون _ حفره در داخل لایه تهی بوجود می‌آیند. هرچه نور شدیدتر باشد، مقدار حاملهای اقلیتی نوری افزایش یافته، در نتیجه جریان معکوس بزرگتر می‌شود. به این دلیل فوتودیودها را
آشکارسازهای نوری گویند.
نواحی p و n در دو طرف لایه تهی را می‌توان مانند یک
خازن تخت موازی در نظر گرفت، ظرفیت این خازن تخت موازی را
ظرفیت خازن انتقال یا
ظرفیت پیوندگاه گویند. ظرفیت خازن انتقال C
T هر دیود با افزایش ولتاژ معکوس کاهش می‌یابد. دیودهای سیلسیم که برای این اثر ظرفیتی طراحی و بهینه شده‌اند،
دیود با ظرفیت متغییر یا
وارکتور نام دارند. وراکتور موازی با یک
القاگر تشکیل یک مدار تشدید را می‌دهد که با تغییر ولتاژ معکوس وراکتور می‌توانیم فرکانس تشدید را تغییر بدهیم.
دیودهای شاتکی
دیود شاتکی یک وسیله تک‌قطبی است که در آن به جای استفاده از دو نوع نیمه هادی p و n متصل به هم ، معمولا از یک نوع نیم هادی
سیلیسیم نوع n با یک اتصال فلزی مانند طلا – نقره یا
پلاتین استفاده می‌شود. در هر دو ماده
الکترون حامل اکثریت را تشکیل می‌دهد. وقتی که دو ماده به هم متصل می‌شوند، الکترونها در ماده سیلیسیم نوع n فورا به داخل فلز نفوذ می‌کنند و یک جریان سنگینی از بارهای اکثریت بوجود می‌آید. دیود شاتکی لایه تهی ذخیره بار ندارد. کاربرد این دیود در فرکانس‌های خیلی بالاست.
این دیود سیلیسیم برای کار در ناحیه شکست طراحی و بهینه شده است، گاهی آن را
دیود شکست هم می‌گویند. با تغییر میزان آلایش ، کارخانه‌های سازنده می‌توانند دیودهای زنری بسازند که ولتاژ شکست آنها از دو تا دویست ولت تغییر کند. با اعمال ولتاژ معکوس که از
ولتاژ شکست زنر بگذرد، وسیله‌ای خواهیم داشت که مانند یک منبع ولتاژ ثابت عمل می‌کند.
وقتی غلظت آلایش در دیود خیلی زیاد باشد، لایه تهی بسیار باریک می‌شود.
میدان الکتریکی در لایه تهی بسیار شدید است. میدان چنان شدید است که الکترونها را از مدارهای ظرفیت خارج می‌کند. ایجاد الکترونهای آزاد به این روش را
شکست زنر می‌نامیم.
کاربردها
قطعات
پیوندی p - n در صنعت الکترونیک از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. به عنوان مثال
دیودهای نور افشان LED در نمایشگرهای دیجیتالی و گسیلنده‌های نور قرمز GaAs و InP بویژه برای سیستمهای
مخابرات نوری مناسب هستند. آرایش
لیزر نیم رسانا ،
آشکارساز نوری را می‌توان در سیستم دیسک فشرده برای خواندن اطلاعات دیجیتال از دیسک چرخان مورد استفاده قرار داد.
کاربرد بسیار مهم پیوندها به عنوان
باتری‌های خورشیدی است که انرژی نوری جذب شده را به
انرژی الکتریکی مفید تبدیل می‌کنند. دیودهای با ظرفیت متغیر در تولید رمونی‌ها ، مخرب فرکانس‌های مایکروویو و
فیلترهای فعال است. دیودهای زنر به عنوان مرجع در مدارهایی که نیازمند مقدار معینی از ولتاژ هستند، استفاده می‌شوند.
مباحث مرتبط با عنوان
