Warum gibt es keine Potentialdifferenz über einer getrennten Diode?

Ich denke, die Antwort ist relativ einfach. Kennen Sie das Funktionsprinzip einer „Schottky-Diode“, die auf einem Halbleiter-Metall-Übergang basiert? Nun - was passiert, wenn Sie ein Voltmeter (oder eine andere Last) über die Diode anschließen? Sie erzeugen zwei Schottky-Übergänge, die die Diffusionsspannung innerhalb der pn-Diode genau kompensieren. Somit kann keine Spannung gemessen werden. Mit anderen Worten: Sie können mit der Diffusionsspannung keinen Strom durch eine externe Last treiben.

Ähm, der Rest der Antworten scheint ein wenig zwielichtig zu sein, und ich bin gerade über diese Frage gestolpert, also werde ich es versuchen.

Ich denke, das liegt daran, dass das Fermi-Niveau unter Vorspannung diskontinuierlich wird. Ich bin sicher, Sie können sich vorstellen, dass das Voltmeter wirklich misst, wie sehr Elektronen und Löcher die Verbindungsstelle überqueren wollen. Im thermischen Gleichgewicht haben die Elektronen und Löcher nicht die Absicht, sich über den Übergang zu bewegen, daher beträgt die Spannung 0 V. Mit anderen Worten, das Voltmeter misst wirklich nur die Differenz der Fermi-Pegel zwischen den beiden Seiten.

Um zu verstehen, warum es das tut, muss man wissen, wie ein Voltmeter funktioniert. Anstatt buchstäblich den Unterschied im Energieniveau eines Elektrons an beiden Enden der Diode zu messen (was fantastisch wäre), misst es nur den Strom, der durch seinen hohen Widerstand fließt. In einer Diode im thermischen Gleichgewicht gibt es keine Nettobewegung von Ladungsträgern und daher gibt es keinen Strom. Kein Strom bedeutet keine Voltmeteranzeige.

Es ist eine sehr nette Neugier Frage! Die gleiche Frage stellte sich mir, als ich in meinem zweiten Jahr war. Aber bis ich auf die Schwellenspannungen in Transistoren und Spannungsabfällen am PN-Übergang stieß, wurde das Bild wenig klar.

Sie haben absolut Recht (letzter Absatz), da aufgrund des elektrischen Felds im Verarmungsbereich eine Potentialänderung auftritt, gibt es ein höheres Potential von der n-Typ-Seite und ein negatives Potential von der p-Typ-Seite, wodurch sich die intrinsische Potentialdifferenz aufbaut . Damit der Strom durch die Diode (PN-Übergang) fließen kann, benötigen Sie daher ein höheres Potenzial vom P-Typ und vom n-Typ, sodass ihre Differenz größer ist als die intrinsische Potenzialdifferenz, die der an der Diode angelegten Spannung entgegengesetzt ist . Dies nennen wir in Durchlassrichtung vorgespannte Diode! Ich bin sicher, Sie kennen diese Grundlagen. Kommen wir nun zur eigentlichen Frage ->

Wenn Sie Ihr virtuelles Digitalvoltmeter genau an den beiden Verarmungsgrenzen prüfen würden, würden Sie dort sicher die Spannungsdifferenz sehen, aber das ist mit dem normalen Multimeter ziemlich unmöglich. Ich bin sicher, dass Halbleiterunternehmen spezielle Sonden haben, um diese Spannungsunterschiede zu erfassen. Aber wenn Sie die getrennte Diode von Ihrem normalen Multimeter aus messen würden (dasselbe wird berücksichtigt, wenn Sie es in LTSPICE simulieren, dass die Sondierung an den Enden der Diode und nicht intern erfolgt). Grundsätzlich hat Ihr Diagramm (D) diese Antwort selbst. Das Diagramm zeigt, dass an beiden Enden der Diode kein elektrisches Feld vorhanden ist. da das elektrische Feld konservativ ist und zwei Diodenenden (Enden von Materialien vom P- und N-Typ) keine Ladung haben und elektrische Felder an den Enden aufgrund von Diffusion aufgehoben werden, als Ergebnis ist nach dem Ende des Diffusionsbereichs kein elektrisches Feld vorhanden, das heißt, ihre Differenz ist ebenfalls 0 und die gemessene Spannungsdifferenz ist ebenfalls 0 V. Hoffe das hilft!

Wenn Sie ein elektrostatisches Voltmeter mit einem viel höheren Widerstand als Ihrem DUT-Serienwiderstand hätten, wäre dies möglich, aber der Diodenverlust müsste gleich hoch sein, um eine Entladung des statischen Potentials zu verhindern.

Die Antwort ist ganz einfach. Das Barrierenpotential besteht über dem Verarmungsbereich, nicht über der Diode, sodass der Bereich der Existenz elektrischer Feldlinien nur auf den Verarmungsbereich beschränkt ist.

Das verwendete Multimeter wird über die Klemmen der Diode angeschlossen. Und es gibt n- und p-Bereiche zwischen Multimetersonde und Verarmungsbereich. Der nicht vorgespannte n- und p-Bereich wirkt als Isolator, sodass an den Sonden keine Feldlinien empfangen werden und im Multimeter keine Spannung angezeigt wird.

Geben Sie dieser Frage eine Chance. An einem PN-Übergang gibt es zwei Arten von Strömen. Diffusionsströme werden durch Ladungsträger verursacht, die sich entlang eines Ladungsträgerdichtegradienten nach unten bewegen. Driftströme werden durch Ladungsträger verursacht, die sich entlang eines elektrischen Feldes bewegen. Wenn keine Vorspannung an einen isolierten pn-Übergang angelegt wird, bewegt der Diffusionsstrom Ladungsträger über den Verarmungsbereich und baut Ladungen auf jeder Seite des Verarmungsbereichs auf. Die angesammelten Ladungen erzeugen ein elektrisches Feld über dem Verarmungsbereich, und dieses elektrische Feld induziert einen Strom in der entgegengesetzten Richtung. Der Vorgang tendiert naturgemäß zu einem Gleichgewicht, bei dem der Diffusionsstrom durch den Driftstrom genau aufgehoben wird. Man könnte dies als zwei gleichwertige Stromquellen modellieren, die antiparallel verbunden sind.

Die Antwort ist ganz einfach: Sie verwechseln das elektrostatische Potential mit dem elektrischen Potential. Was Sie mit einem Voltmeter messen, ist eine Differenz im elektrischen Potential.

Das elektrische Potential beinhaltet jedoch das chemische Potential von Ladungsträgern. Hinweis: Das chemische Potential µ, genauer gesagt der Gradient -grad(µ) des chemischen Potentials, ist die "treibende Kraft" der Diffusion.

Im Fall eines PN-Übergangs tritt eine Nettodiffusion von Ladungsträgern auf, bis die Differenz des elektrostatischen Potentials zwischen den beiden Leitern betragsmäßig gleich der Differenz des chemischen Potentials zwischen den beiden Leitern ist. Da beide Potentialdifferenzen entgegengesetzte Vorzeichen haben, ist ihre Summe Null -> es gibt keine elektrische Potentialdifferenz zu messen, trotz einer nicht verschwindenden Differenz im elektrostatischen Potential!

Obwohl es eine Potentialbarriere über dem pn-Übergangspunkt gibt, kann er keinen Strom in den Ausgangskreis senden. Da keine anderen Quellen vorhanden sind, muss der Draht erhitzt werden. Experimente zeigen, dass dies nie passiert. Andernfalls sollte der Übergang Seien Sie kühl, da es keine externe Quelle gibt. Es entsteht also eine thermische Instabilität. Der Strom muss also Null sein. Das Kontaktpotential von Metall und Halbleiter neutralisiert die Potentialbarriere. Der obige Fall tritt also ein.