Diode

Vi setter en P- og N-halvleder inntil hverandre. I området rundt grensen mellom P og N, vil elektroner og hull smelte sammen, vi sier de rekombinerer. Området rundt PN-overgangen vil derfor bli fritt for frie ladninger. Det danner seg et sperresjikt (gult på figuren) uten frie ladninger. Et område uten frie ladninger vil ikke kunne lede strøm.

I sperresjiktet vil det i N-området være igjen positive ioner som ligger fast i strukturen, og i P-området vil det være igjen negative ioner som også ligger fast i strukturen. Dette fører til at sperresjiktet får en positiv og en negativ pol. Et lokalt E-felt vil dannes i sperresjiktet med retning fra N mot P. Et P-materiale og et N-materiale, som er satt inntil hverandre, vil ha et sperresjikt rundt PN-overgangen med et lokalt E-felt fra N mot P. Sperresjiktet holdes stabilt (bredden er konstant), fordi det lokale E-feltet vil tvinge frie elektroner i N-materialet bort fra sperresjiktet. På samme måte vil hull i P-materialet tvinges bort fra sperresjiktet. Ved en bestemt bredde og styrke på det lokale E-feltet, vil rekombinasjonsprosessen opphøre og sperresjiktet holdes stabilt.

Komponenten ovenfor danner basis for en diode. Det monteres ledende terminaler på N- og P-materialet. En ytre spenningskilde monteres med pluss på P-sida og minus på N-sida. Ved å øke spenningen, vil det lokale feltet reduseres fordi det settes opp et motfelt. Dette gjør at sperresjiktet reduseres.

Når den ytre spenningen er høy nok (ca. 0,6 V for Si), reduseres sperresjiktet til null. Frie elektroner og hull kan igjen rekombinere i PN-overgangen. Nye elektroner og hull fylles på fra den ytre spenningskilden, dermed går det strøm gjennom komponenten. Hele tiden vil det foregå rekombinasjon i PN-overgangen, hele tiden fylles det på med ladninger fra den ytre spenningskilden. Et E-felt fra P til N (forårsaket av den ytre spenningskilden) vil presse strøm gjennom dioden i samme retning.

Dersom den ytre spenningskilden snus, vil det lokale E-feltet forsterkes slik at sperresjiktet øker. Komponenten kan ikke lede strøm.

Vi har nå lagd en komponent som kan lede strøm bare en vei. Dette kaller vi en diode!

Den kontinuerlige rekombinasjonen i PN-overgangen i en diode som leder, fører til at det frigjøres en bestemt energimengde for hver rekombinasjon. (et fritt elektron har høyere energi enn et bundet elektron). Den frigjorte energien tilsvarer båndgapet Eg (ioniseringsenergien) til det bestemte stoffet dioden er lagd av. Energien sendes ut som en liten EM-bølge, kalt foton, med energien Eg = h.f , der h = 6,6 10-34 Js (Plancks konstant) og f er frekvensen på EM-bølgen. Dersom dioden er lagd av et stoff slik at f blir i det synlige frekvensområdet, har vi en synlig lysdiode.

Tilbake    Oppgaver