Giunzione pn

La diode a semiconduttore è un elemento circuitale a 2 terminali composta da 2 regioni :

-una è un semiconduttore estrinseco di tipo p o anodo

-l’altra è un semiconduttore estrinseco di tipo n o catodo . La superficia che separa i due semiconduttori è detta giunzione pn.

La diffusione

Un fenomeno per cui i portatori liberi tendono a muoversi dalla zona con concentrazione piu alta verso quella con concentrazione piu bassa cioe dall’anodo verso la catodo.cosi si crea una corrente di diffusione. Nelle vicinanze della giunzione si crea una zona svuotata di portatori lberi quindi carica (per la presenza degli atomi di impurita ionizzati) chiamata carica spaziale o regione di svuotamento.A questo spazio è associato un campo elettrico dalla catodo verso l’anodo.Tra le regioni n e p esiste allora un potenziale chiamato potenziale di giunzione.

Φj = Vt* ln(Na*Ndni^2)

Questo potenziale di giunzione crea una bariera che impedisce l’ulteriore diffusioni degli portatori liberi dando luogo a una corrente di deriva che controbilancia quella di diffusione. All’equilibrio dinamico fra le due correnti si ha: q*µn*n*Ex=-q*Dn*dn/dx

q*µp*p*Ex=q*Dp*dp/dx

Polarizazzione diretta.

Aplicando una tensione esterna che renda piu positivo l’anodo rispetto al catodo,si diminuisce la bariera di potenziale alla giunzione.

Polarizazzione inversa.

Aplicando una tensione esterna che renda piu positivo il catodo rispetto all’anodo,si aumenta la bariera di potenziale alla giunzione . La modifica della bariera di potenziale modifica le condizioni di equilibrio e provoca un flusso di corrente ai terminali.

In polarisazione inversa diodo spento (off) Vd<0 La caraterristica id-Vd non è lineare. Equazione del diodo–id=Is (exp(Vd/(n*Vt))-1) N parametre adimensionale –Faattore di idealita–spesso=1 .La corrente e molto piccola ed è vicino a is—corrente di saturazione inversa di soglia

In polarisazione diretta diodo in posizione on—Vd>0 La caraterristica id-Vd non è lineare. Equazione del diodo–id=Is *exp(Vd/Vt) La corrente cresce molto velocemente per Vd>Von—Tensione di soglia.

In un circuto con la presenza di un diodo,la coppia (Id,Vd) soddisfa l’equazione di diodo (polarisazione) E quella del circuto.

Diodo di Zener

E  un diodo fabricato per funzionare in regione  di rottura.

Rottura del diodo in polarizzazione inversa.

Quando siamo  Vd <o  raggiunge la tensione Vz detta tensione di rottura,il diodoentra in regione di rottura inversa dove la corrente inversa  cresce velocemente mentre la tensione rimane quasi costante.

Mecanismi di rottura.

-Moltiplicazione a valanga

Provocato dalle collisioni nella zona di svuotamento fra i portatori liberi accelerati dal campo elettrico e gli atomi fissi del reticolo cristalino.

-Effetto Zener

Il fatto del passaggio diretto dei portatori dalla zona di valenza alla zona di conduzione dovuto alla grande intensita del campo elettrico.

Modello del diodo in regione di rottura.

Un generatore di tenzione di tenzione Vz in serie con una resistanza di valore piccolo Rz.

Diodo come foto rilevatore—fotodiodo

Illuminando con una radiazione di frequenza  ν=c/λ >Eg/h

h—costante di Planck

la zona di svuotamento in polarisazzione inverssa,la formazione di coppie(lacune ,elettroni) da luogo a una corrente Iph che si sovrappone alla corrente inversa che esiste sanza radiazioni(corrente al buio) di intensita proporzionale  all’ampiezza della radiazione incidente.

Diodi emmettitori di luce.

In polarisazione  diretta, se l’intensita di corrente è abastanza elevata ,la ricombinazione di cariche da luogo a una produzione di  energia. Nei semiconduttori composti GaAs,l’energia puo essere emmessa  come radiazioni