Principes de base des semi-conducteurs
Quelques concepts de base en physique des semi-conducteurs
Avant d'expliquer son principe de fonctionnement, quelques concepts de base en physique des semi-conducteurs sont brièvement introduits.
semi-conducteur
Un semi-conducteur est un milieu entre un conducteur et un isolant, qui peut présenter des propriétés conductrices ou non conductrices dans différentes conditions. La plupart des matériaux utilisés dans les dispositifs électroniques à semi-conducteurs sont des éléments tétravalents tels que le silicium et le germanium qui se situent à la jonction du métal et du non-métal dans le tableau périodique des éléments.
Semi-conducteur intrinsèque
Le semi-conducteur intrinsèque (semi-conducteur intrinsèque) fait référence à un semi-conducteur pur complètement exempt d'impuretés. Parce qu'il ne contient pas d'impuretés, les porteurs qu'il contient ne sont générés que par excitation intrinsèque et sa conductivité est très faible. Des semi-conducteurs extrinsèques lui correspondent, qui sont divisés en semi-conducteurs de type N et en semi-conducteurs de type P selon différents dopages.
semi-conducteur de type N
Les semi-conducteurs de type N font référence aux semi-conducteurs dans lesquels +5 éléments de valence (tels que P, Sb, etc.) sont dopés dans le semi-conducteur intrinsèque. En raison de l'ajout d'un élément à 5 électrons dans la couche la plus externe, un électron supplémentaire sera ajouté après la formation d'une liaison covalente, et cet électron devient un électron libre. En raison du dopage, le semi-conducteur a plus de porteurs que d'électrons libres, il est donc appelé semi-conducteur de type N. Dans les semi-conducteurs de type N, les électrons sont les porteurs majoritaires.
Semi-conducteur de type P
Les semi-conducteurs de type P font référence aux semi-conducteurs dans lesquels +3 éléments de valence (tels que B, AI, etc.) sont dopés dans le semi-conducteur intrinsèque. En raison de l'ajout d'un élément à 3 électrons dans la couche la plus externe, il y aura un trou de moins après la formation d'une liaison covalente, et les électrons environnants rempliront ce trou. Il semble que la "vacance" bouge, et nous appelons cette "vacance" un trou. Étant donné que les trous du support présentent des caractéristiques électriques positives, ce semi-conducteur est appelé semi-conducteur de type P. Dans les semi-conducteurs de type P, les trous sont les porteurs majoritaires.
Présentation des diodes :
二极管分类：发光二极管，光电二极管.....
Les diodes électroluminescentes sont relativement courantes dans nos vies, par exemple : les feux de marche commerciaux, les feux de circulation, les écrans LED, les ampoules LED, etc. Les diodes sont constituées de matériaux semi-conducteurs en germanium ou en silicium. La conductivité des matériaux semi-conducteurs se situe entre les conducteurs et les isolants à température ambiante. Cette chose existait il y a plus de cent ans et c'est le vétéran de la famille des dispositifs semi-conducteurs.
Les diodes électroluminescentes ne sont qu'une des diodes, et il existe de nombreuses diodes à des fins différentes : diodes de redressement, diodes Zener, photodiodes, diodes de commutation, etc. Les diodes de redressement sont courantes dans nos vies et sont utilisées dans les circuits AC-DC : chargeurs de téléphones portables, chargeurs d'ordinateurs, chargeurs de véhicules électriques, etc.
jonction pn
Toutes les diodes ont une conductivité unidirectionnelle et le courant ne peut entrer que par le pôle positif et sortir par le pôle négatif, en raison de la jonction PN unique à l'intérieur de la diode.
Diffusion et dérive
Une fois le semi-conducteur de type P et le semi-conducteur de type N combinés, les trous de la région P et les électrons libres de la région N sont généralement appelés la majorité, et les électrons libres de la région P et les trous de la région N sont presque nulles appelées la minorité. Il y a une différence dans la concentration des électrons libres et des trous.
Étant donné que la concentration de trous dans la zone P est supérieure à celle de la zone N, les trous diffusent vers la zone N et la concentration d'électrons libres dans la zone N est supérieure à celle de la zone P, et les électrons libres diffusent vers la zone N. zone P, tout comme une goutte d'encre dans de l'eau claire, l'encre elle-même Lorsque la concentration est élevée, elle diffuse vers l'environnement. C'est le mouvement de diffusion. Les trous de la région P et les électrons libres de la région N peuvent se rencontrer. puis se recombiner. Qu'est-ce que la recombinaison?Comparez le trou à une maison, et les gens devraient vivre dans la maison.À ce moment, les électrons libres sont comparés aux gens, puis ils sont combinés en un seul corps.
Les ions d'impuretés dans la région P et la région N ne peuvent pas se déplacer librement, pourquoi ? Parce que les ions d'impuretés sont liés par les atomes de silicium ou de germanium environnants. Près de l'interface des régions P et N, une région de charge d'espace très mince est formée, et dans cette région, de nombreuses particules se sont diffusées les unes vers les autres et se sont recombinées ou épuisées.
Les ions d'impuretés dans la région P et la région N interagissent les uns avec les autres. Les ions d'impuretés dans la région N sont chargés positivement et les ions d'impuretés dans la région P sont chargés négativement. Un champ électrique interne se forme dans la région de charge d'espace. Le mouvement de diffusion élargit la région de charge d'espace et le champ électrique interne devient également plus fort.
D'une part, ce champ électrique interne empêche le mouvement de diffusion, et la diffusion n'est pas facile à poursuivre ; d'autre part, il fait dériver les trous (porteurs minoritaires) de la région N vers la région P, et le libre les électrons dérivent de la région P vers la région N. Cette dérive n'est pas La dérive de la voiture est causée par le potentiel élevé de la région N et le faible potentiel de la région P, appelée dérive des porteurs minoritaires.
Lentement, la région de charge d'espace se stabilise. En résumé, le mouvement multi-substances est appelé mouvement de diffusion, et le mouvement de substances minoritaires est le mouvement de dérive.Lorsque les deux types de mouvement atteignent un équilibre dynamique, une jonction PN se forme. Une diode à semi-conducteur est formée en ajoutant le conducteur d'électrode correspondant et la coque à la jonction PN. L'électrode tirée de la région P devient l'électrode positive et l'électrode tirée de la région N devient l'électrode négative.
3. Allumer et éteindre
Lorsque la tension de conduction directe est ajoutée à la jonction PN, les broches de la zone P sont connectées au pôle positif de l'alimentation et les broches de la zone N sont connectées au pôle négatif de l'alimentation. Le sens du courant circule de la région P vers la région N et le champ électrique interne à l'intérieur de la jonction PN est opposé.Lorsque la tension est supérieure à la tension du champ électrique interne, l'alimentation externe annule le champ électrique interne.
Le champ électrique interne est décalé, ce qui est propice au mouvement de diffusion. La région de charge d'espace devient progressivement la région P et la région N. Lorsque la région de charge d'espace devient de plus en plus mince, un courant de diffusion se forme à ce moment. La diode est également allumée et la tension à ce moment est appelée tension de conduction.
Au contraire, connectez les broches de la zone P au pôle négatif de l'alimentation et les broches de la zone N au pôle positif de l'alimentation. À ce moment, le sens du flux de courant est le même que celle du champ électrique interne, et le champ électrique interne est amélioré pour élargir la zone de charge d'espace, et les trous seront tirés vers la zone P. La direction des électrons sera tirée vers la direction de la région N, empêchant ainsi le mouvement de diffusion et formant un courant de fuite inverse.Comme le courant est très faible, c'est l'état de coupure.
Lorsque la tension inverse augmente dans une certaine mesure, le courant inverse augmente soudainement. Si le circuit externe ne peut pas limiter le courant, le courant sera si important que la jonction PN sera brûlée, et la tension à ce moment deviendra la tension de claquage, et la diode sera inutile à ce moment.
Diode plus tension de polarisation directe, zone morte OA, car la tension directe est relativement faible, la diode ne conduit pas, presque pas de courant et est dans un état de haute impédance.À ce moment, la tension aux bornes de la diode est la morte tension de zone et la diode au silicium est de 0,5 V (le tube de germanium est de 0,1 v), lorsque la tension directe est supérieure à une certaine valeur, le courant dans la diode augmente avec l'augmentation de la tension et la diode est allumée. La tension à ce moment est appelée tension de conduction, également appelée tension de seuil.
La tension d'allumage du tube en silicium est de 0,6 V (0,2 V pour le tube en germanium), et la tension aux bornes de la diode reste inchangée lorsqu'elle est allumée, et le tube en silicium est de 0,7 V (0,3 V pour le tube en germanium) , qui est appelée la chute de tension directe à ce moment.
Lorsque les électrons et les trous se recombinent, la lumière visible peut être émise et la lumière émise par différents composés dopés dans la jonction PN est également différente, comme le gallium (Ga), l'arsenic (As), le phosphore (P), l'azote (N) et bientôt. Ajoutez ensuite des broches, encapsulez-les avec de la résine époxy et transmettez la tension directe aux diodes électroluminescentes pour émettre de la lumière.
Les diodes Zener utilisent les caractéristiques de claquage inverse des diodes.Les diodes Zener sont connectées en série dans le circuit.Lorsque les diodes Zener sont claquées, bien que le courant change dans une large plage, la tension aux bornes des diodes est fondamentalement stable.au-dessus et au-dessous du tension de claquage.
Faites attention aux pôles positif et négatif lors de la connexion de la diode. De manière générale, la broche longue est le pôle positif et la broche courte est le pôle négatif. Certaines diodes ont des symboles graphiques sur la surface, qui peuvent également être mesurés avec un multimètre. Les fils de test noirs sont respectivement connectés aux deux extrémités de la diode. Si la lecture du multimètre est inférieure à 1 à ce moment, le fil de test rouge est connecté au pôle positif de la diode, et le fil de test noir est connecté à le pôle négatif de la diode. Si la lecture est "1", alors une extrémité du cordon de test noir est positive.
