Was ist die genaue Bedeutung von 0,7 V Spannungsabfall in einer in Durchlassrichtung vorgespannten Diode?

Diese Frage wird hier teilweise (aber nicht vollständig) diskutiert:

Warum haben Dioden einen Spannungsabfall?

Wird der Leistungsabfall an einer Diode vollständig zu Wärme?

Die Schlussfolgerung ist, dass in einer in Durchlassrichtung vorgespannten Diode mit konstantem Gleichstrom:

  1. Der Spannungsabfall stellt die notwendige Energie (pro Ladungseinheit) dar, um Ladungsträger (Elektronen und Löcher) von einem Halbleiter zum anderen zu schieben.

  2. Der Leistungsabfall an einer in Durchlassrichtung vorgespannten Diode ist vollständig Wärme.

Konzentrieren wir uns genauer auf beide Aussagen. Betrachten wir das folgende Banddiagramm im Fall einer Vorwärtsspannung:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich würde sagen, dass:

  • Wenn die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, werden Löcher von P nach N und Elektronen von N nach P gedrückt, richtig ?

  • sowohl die Elektronen- als auch die Löcherniveaus ändern sich entlang des Übergangs, da sie jeweils den Leitungs- und Valenzbändern entsprechen. Ihr Sprung ist derselbe, da beide Ebenen durch parallele Kurven dargestellt werden. Ist der Spannungsabfall der Diode gleich diesem Sprung, dem Doppelten dieses Sprungs oder einem anderen?

  • Was machen die in jeden Halbleiter injizierten Ladungsträger, nachdem sie die Diskontinuität passiert haben? Rekombinieren sie und erzeugen Wärme? Passieren sie ungestört und fließen als elektrischer Strom weiter? In der ersten Stack-Frage steht, dass Träger verloren gehen. Wie kann das KCL-Gesetz wahr sein, wenn einige Träger an der Diskontinuität verschwinden?

Antworten (1)

Wenn die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, werden Löcher von P nach N und Elektronen von N nach P gedrückt, richtig?

Ja. [Allerdings bedeutet "vorwärtsgerichtet" eigentlich nur, dass die P-Seite positiver ist als die N-Seite. Wenn die Vorspannung in Vorwärtsrichtung sehr klein ist, kann der "Leck"-Strom vorherrschen. Leckstrom wird durch Minoritätsträger verursacht. Obwohl Majoritätsträger (normalerweise) häufiger sind (daher "Mehrheit"), haben sie es schwerer, einen PN-Übergang zu überqueren als Minoritätsträger. Wenn also die Vorspannung sehr niedrig ist, können die wenigen Minoritätsträger, die den Übergang leicht überqueren, einen größeren Strom bilden als die vielen Träger, die den Übergang nur schwer überqueren können.]

Was machen die in jeden Halbleiter injizierten Ladungsträger, nachdem sie die Diskontinuität passiert haben?

Sie werden zu Minoritätsträgern. Es gibt mehrere Schicksale für solche Minoritätsträger. Sie können mit Majoritätsträgern rekombinieren, sie können über den Übergang zurückdiffundieren, sie können überleben und den Metall-Halbleiter-Übergang erreichen.

Rekombinieren sie und erzeugen Wärme?

Was auch immer ihr Schicksal sein mag, sie werden schließlich mit dem Kristallgitter, mit anderen Trägern, mit Metall usw. interagieren, und ihre Flugbahn wird zufällig werden. Das heißt, sie erzeugen Wärme. Das elektrische Feld bewirkt jedoch, dass diese Träger oder neue Träger beschleunigt werden, wodurch der Strom aufrechterhalten wird.

Wie kann das KCL-Gesetz wahr sein, wenn einige Träger an der Diskontinuität verschwinden?

Wenn ein Elektron und ein Loch rekombinieren (an der Diskontinuität oder anderswo), gibt es einen Elektronenstrom in einer Richtung und einen konventionellen Strom in der anderen. Algebraisch gesehen bleibt der Strom erhalten.

Danke schön. Alles klar bis auf den letzten Punkt. Wird nicht im Allgemeinen der Beitrag des Lochstroms zu dem des (konventionellen) Elektronenstroms hinzugefügt?
die Löcher, die sich in eine Richtung bewegen, erzeugen einen konventionellen Strom. Die Wahlen, die in die entgegengesetzte Richtung laufen, erzeugen eine gleiche konventionelle Strömung. Sie "vernichten" sich irgendwann gegenseitig, aber der (konventionelle) Strom, der in die Anode fließt, ist gleich dem (konventionellen) Strom, der aus der Kathode fließt.
Denken Sie daran, dass ein "Loch" keine physikalische Einheit ist, wie ein Elektron (ohne Berücksichtigung des Quanteneffekts). Ein Loch ist das Fehlen eines Elektrons im Gitter. Bewegt sich ein Elektron im Gitter von A nach B, bewegt sich das Loch von B nach A.
@SteveSh Nein, stimmt nicht. Löcher sind realer als Sie beschreiben. Mit den Löchern als "nur" Modell fehlender Elektronen wären sie nicht von Elektronen mit dem Hall-Effekt zu unterscheiden. Tatsächlich bewegen sich Elektronen und Löcher innerhalb desselben Bandes unter angelegten Feldern in die gleiche Richtung, nicht in entgegengesetzte Richtungen, was ziemlich kontraintuitiv ist, wie bei vielen Dingen, die Halbleiter betreffen.
@Matt- Schätze, ich muss zurückgehen und meine Halbleiterphysik überprüfen <wink>.
Was ist die genaue Bedeutung von 0,7 V Spannungsabfall in einer in Durchlassrichtung vorgespannten Diode?
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