Tại sao không có sự khác biệt tiềm năng trên một diode bị ngắt kết nối?

Tôi biết câu hỏi này nghe có vẻ ngớ ngẩn, như thể có một sự khác biệt tiềm năng một dòng điện sẽ được tạo ra khi các thiết bị đầu cuối được kết nối với nhau và điều này có nghĩa là năng lượng đến từ đâu đó.

Lý do tôi hỏi điều này là vì theo hiểu biết của tôi về vùng cạn kiệt và được xây dựng trong tiềm năng của một diode, có vẻ như nếu bạn kết nối một vôn kế trên toàn bộ diode, nó sẽ cho thấy giá trị của điện thế được tích hợp.

Điều này được giải thích trong hình ảnh dưới đây:

Lúc đầu, các electron chảy từ loại n sang loại p vì có nồng độ cao hơn trong loại n và các lỗ trống làm ngược lại. Đây được gọi là dòng khuếch tán. Các electron và lỗ trống đầu tiên vượt qua ranh giới pn là những hạt gần nhất với nó; các sóng mang này kết hợp lại khi chúng gặp nhau và sau đó không còn là sóng mang nữa. Điều này có nghĩa là có một vùng cạn kiệt không có tàu sân bay gần ranh giới pn. bởi vì các electron đã rời khỏi vật liệu loại n và các lỗ trống đã rời khỏi vật liệu loại p, nên có sự dư thừa của điện tích dương và âm ở phía n và p của ranh giới pn tương ứng. Điều này gây ra một điện trường chống lại dòng khuếch tán, và do đó không còn electron hay lỗ trống nào vượt qua ranh giới và kết hợp. Nói tóm lại, chỉ có các electron và lỗ trống gần ranh giới kết hợp với nhau, bởi vì sau khi họ đã thực hiện xong, một điện trường được hình thành để ngăn không cho bất kỳ tàu sân bay nào đi qua. Dòng điện do điện trường này được gọi là dòng trôi, và khi ở trạng thái cân bằng, nó sẽ bằng dòng khuếch tán. Bởi vì có một điện trường ở ranh giới (chỉ từ điện tích dương sang điện tích âm) nên có một điện áp liên quan. Điều này được gọi là xây dựng trong tiềm năng.

Nếu bạn lấy mẫu điện trường tại mỗi điểm dọc theo diode từ trái sang phải, bạn sẽ bắt đầu bằng 0 ở vùng p vì có số lượng proton và electron bằng nhau. Khi bạn tiếp cận vùng cạn kiệt, bạn sẽ thấy một điện trường nhỏ quay ngược về vùng p, gây ra bởi các tạp chất chấp nhận hiện có thêm một điện tử (do tái hợp) và do đó có điện tích âm. Điện trường này sẽ tăng sức mạnh khi bạn đến gần ranh giới hơn, và sau đó chết đi khi bạn càng đi xa hơn.

Điện trường này có nghĩa là có một điện áp, như thể hiện trong biểu đồ (d). Bên p có tiềm năng tùy ý và bên n có tiềm năng cao hơn bên này vì có một điện trường giữa chúng. Điều này có nghĩa là có một sự khác biệt tiềm năng trên toàn khu vực cạn kiệt; điều này được gọi là tiềm năng tích hợp.

Nhưng tại sao khi tôi kết nối một vôn kế trên toàn bộ diode tôi sẽ không thấy điều này được tích hợp trong tiềm năng?

Tôi nghĩ rằng, câu trả lời là tương đối đơn giản. Bạn có biết nguyên lý làm việc của "Diode Schottky", dựa trên mối nối kim loại bán dẫn không? Bây giờ - điều gì xảy ra nếu bạn kết nối một vôn kế (hoặc bất kỳ tải nào khác) trên diode? Bạn tạo hai điểm nối Schottky bù chính xác điện áp khuếch tán bên trong diode pn. Vì vậy, không có điện áp có thể được đo. Nói cách khác: Bạn không thể sử dụng điện áp khuếch tán để truyền bất kỳ dòng điện nào qua tải bên ngoài.

Err, phần còn lại của câu trả lời có vẻ hơi láu cá và tôi chỉ vấp phải câu hỏi này nên tôi sẽ bắn vào nó.

Tôi nghĩ rằng đó là do thực tế là cấp độ Fermi trở nên không liên tục dưới sự thiên vị. Tôi chắc chắn rằng bạn có thể hình dung rằng những gì vôn kế đang thực sự đo là mức độ các electron và lỗ trống muốn đi qua đường giao nhau. Ở trạng thái cân bằng nhiệt, các electron và lỗ trống không có ý định di chuyển qua đường giao nhau, nên điện áp là 0V. Nói cách khác, vôn kế thực sự chỉ đo sự khác biệt về mức độ Fermi giữa hai bên.

Để hiểu tại sao nó làm điều này, bạn phải biết làm thế nào một vôn kế hoạt động. Thay vì theo nghĩa đen là đo sự khác biệt về mức năng lượng của một electron ở cả hai đầu của diode (sẽ rất tuyệt vời), nó chỉ đo dòng điện chạy qua điện trở cao của nó. Trong một diode ở trạng thái cân bằng nhiệt, không có chuyển động ròng của bất kỳ hạt mang điện nào và do đó không có dòng điện. Không có hiện tại có nghĩa là không đọc vôn kế.

Nếu bạn có một vôn kế tĩnh điện có điện trở cao hơn nhiều so với Điện trở DUT Series của bạn, điều đó là có thể, nhưng rò rỉ diode sẽ phải cao như nhau để ngăn chặn Tiềm năng tĩnh.

Đó là một câu hỏi tò mò rất hay! Câu hỏi tương tự đã đến với tôi khi tôi học năm thứ hai. Nhưng cho đến khi tôi bắt gặp các điện áp Ngưỡng trong Transitor và PN giảm điện áp, hình ảnh trở nên rõ ràng.

Bạn hoàn toàn đúng (đoạn cuối), bởi vì có sự thay đổi tiềm năng do điện trường trong vùng cạn kiệt, có tiềm năng cao hơn từ phía loại n và tiềm năng tiêu cực từ phía loại p, tạo ra sự khác biệt tiềm năng nội tại . Đó là lý do tại sao, để cho phép dòng điện chạy qua diode (tiếp giáp PN), bạn sẽ cần tiềm năng cao hơn từ loại P và loại n sao cho sự khác biệt của chúng lớn hơn sự khác biệt tiềm năng bên trong ngược chiều với điện áp ứng dụng trên diode . Đây là những gì chúng ta gọi là diode phân cực! Tôi chắc chắn bạn biết những điều cơ bản này. Bây giờ hãy đi đến câu hỏi thực sự ->

Nếu bạn đã thăm dò chính xác vôn kế kỹ thuật số ảo của mình ở hai ranh giới cạn kiệt thì tôi chắc chắn bạn sẽ thấy sự khác biệt điện áp ở đó, nhưng điều đó hoàn toàn không thể thực hiện được với đồng hồ vạn năng thông thường. Tôi chắc chắn có nhiều cách mà các công ty bán dẫn có các đầu dò đặc biệt để cảm nhận những khác biệt điện áp này. Nhưng nếu bạn đo diode bị ngắt kết nối từ đồng hồ vạn năng thông thường của bạn (điều này cũng được xem xét khi bạn mô phỏng nó trong LTSPICE rằng việc thăm dò được thực hiện ở hai đầu của diode không bên trong). Về cơ bản, đồ thị của bạn (D) có câu trả lời này tự nó. Đồ thị cho thấy cả hai đầu của diode không có điện trường. vì điện trường là bảo thủ và hai đầu diode (đầu của vật liệu loại P và N) không có điện tích và điện trường ở hai đầu bị hủy do khuếch tán, kết quả là không có điện trường ở sau khi vùng khuếch tán kết thúc, điều đó có nghĩa là chênh lệch của chúng cũng là 0 và chênh lệch điện áp đo được là 0 V. Hi vọng điêu nay co ich!

Đưa ra câu hỏi này một shot. Có hai loại dòng điện tại một ngã ba PN. Dòng khuếch tán được gây ra bởi các sóng mang di chuyển xuống một dải mật độ sóng mang. Dòng trôi được gây ra bởi các tàu sân bay di chuyển xuống một điện trường. Khi không có sai lệch nào được áp dụng cho một điểm nối pn bị cô lập, dòng khuếch tán sẽ di chuyển các sóng mang qua vùng cạn kiệt, tạo ra các điện tích ở mỗi bên của vùng cạn kiệt. Các điện tích tích lũy tạo ra một điện trường trên vùng cạn kiệt và điện trường này tạo ra một dòng điện theo hướng ngược lại. Quá trình tự nhiên có xu hướng về một trạng thái cân bằng trong đó dòng khuếch tán bị hủy bỏ chính xác bởi dòng trôi. Người ta có thể mô hình hóa điều này như hai nguồn hiện tại có giá trị bằng nhau được kết nối theo kiểu chống song song.

Câu trả lời khá đơn giản. Tiềm năng rào cản tồn tại trong khu vực cạn kiệt không phải trên diode, vì vậy khu vực tồn tại của các đường sức điện trường chỉ giới hạn ở khu vực cạn kiệt.

Đồng hồ đo đa năng được sử dụng được kết nối qua các cực của diode. Và tồn tại các vùng n và p giữa vùng thăm dò nhiều mét và vùng cạn kiệt. Vùng n và p không thiên vị hoạt động như một chất cách điện do đó không có dòng điện trường nào được nhận tại các đầu dò nên không có điện áp được hiển thị trong nhiều mét.

Câu trả lời rất đơn giản: Bạn nhầm lẫn giữa thế tĩnh điện với điện thế. Những gì bạn đo bằng vôn kế là một sự khác biệt trong tiềm năng điện.

Tuy nhiên, tiềm năng điện bao gồm tiềm năng hóa học của các hạt mang điện. Lưu ý: Tiềm năng hóa học, hay chính xác hơn là độ dốc (Nâng) của tiềm năng hóa học, là "động lực" đằng sau sự khuếch tán.

Trong trường hợp đường giao nhau PN, sự khuếch tán ròng của sóng mang xảy ra cho đến khi chênh lệch điện thế giữa hai dây dẫn bằng với chênh lệch điện thế hóa học giữa hai dây dẫn về cường độ. Vì cả hai sự khác biệt tiềm năng đều có dấu hiệu trái ngược nhau, nên tổng của chúng bằng 0 -> không có sự khác biệt về điện thế để đo, mặc dù có sự khác biệt không biến mất trong tiềm năng tĩnh điện!

Mặc dù có một rào cản tiềm năng trên điểm tiếp giáp pn, nhưng nó không thể gửi bất kỳ dòng điện nào trong mạch đầu ra. Vì không có nguồn nào khác, dây phải được làm nóng. Ví dụ cho thấy rằng nó không bao giờ xảy ra. được làm mát vì không có nguồn bên ngoài. Do đó sẽ tạo ra sự mất ổn định nhiệt. Vì vậy, dòng điện phải bằng không. Tiềm năng tiếp xúc của kim loại và chất bán dẫn trung hòa rào cản tiềm năng. Vì vậy, loại trường hợp trên xảy ra.