À Diode de jonction P-N est formé en dopant une face d'un morceau de silicium avec un dopant de type P (Boran) et l'autre face avec un dopant de type N (phosphore) .Ge peut être utilisé à la place du silicium. La diode de jonction P-N est un appareil à deux bornes. C'est la construction de base de la diode de jonction P-N. C'est l'un des dispositifs à semi-conducteurs les plus simples car il permet au courant de circuler dans une seule direction.La diode ne se comporte pas de manière linéaire par rapport à la tension appliquée et elle a une relation V-I exponentielle.

Qu'est-ce qu'une diode à jonction P-N?

Une diode de jonction P-N est un morceau de silicium qui a deux bornes. L'une des bornes est dopée avec un matériau de type P et l'autre avec un matériau de type N. La jonction P-N est l'élément de base des diodes semi-conductrices. Une diode semi-conductrice facilite le flux d'électrons complètement dans une seule direction - qui est la fonction principale de la diode semi-conductrice. Il peut également être utilisé comme redresseur.

Jonction P-N

Théorie des diodes de jonction PN

Il existe deux régions d'exploitation: le type P et le type N. Et sur la base de la tension appliquée, il existe trois conditions de «polarisation» possibles pour la diode de jonction P-N, qui sont les suivantes:

Zéro biais - Aucune tension externe n'est appliquée à la diode de jonction PN.
Polarisation directe - Le potentiel de tension est connecté positivement à la borne de type P et négativement à la borne de type N de la diode.
Biais inversé - Le potentiel de tension est connecté négativement à la borne de type P et positivement à la borne de type N de la diode.

Condition zéro biaisée

Dans ce cas, aucune tension externe n'est appliquée à la diode de jonction P-N et par conséquent, les électrons diffusent vers le côté P et simultanément les trous diffusent vers le côté N à travers la jonction, puis se combinent les uns avec les autres. Pour cette raison, un champ électrique est généré par ces porteurs de charge. Le champ électrique s'oppose à une diffusion supplémentaire des porteurs chargés de sorte qu'il n'y a pas de mouvement dans la région médiane. Cette région est connue sous le nom de largeur d'épuisement ou de charge d'espace.

Condition impartiale

Polarisation directe

Dans la condition de polarisation directe, la borne négative de la batterie est connectée au matériau de type N et à la borne positive de la batterie est connecté au matériau de type P. Cette connexion est également appelée comme donnant une tension positive. Les électrons de la région N traversent la jonction et pénètrent dans la région P. En raison de la force d'attraction générée dans la région P, les électrons sont attirés et se déplacent vers la borne positive. Simultanément, les trous sont attirés vers la borne négative de la batterie. Par le mouvement des électrons et des trous, le courant circule. Dans cette condition, la largeur de la région d'appauvrissement diminue en raison de la réduction du nombre d'ions positifs et négatifs.

Condition de polarisation directe

Caractéristiques V-I

En fournissant une tension positive, les électrons obtiennent suffisamment d'énergie pour surmonter la barrière de potentiel (couche d'appauvrissement) et traverser la jonction et la même chose se produit avec les trous. La quantité d'énergie requise par les électrons et les trous pour traverser la jonction est égale au potentiel de barrière 0,3 V pour Ge et 0,7 V pour Si, 1,2 V pour GaAs. Ceci est également connu sous le nom de chute de tension. La chute de tension à travers la diode se produit en raison de la résistance interne. Ceci peut être observé dans le graphique ci-dessous.

Caractéristiques V-I de polarisation directe

Biais inversé

Dans la condition de polarisation directe, la borne négative de la batterie est connectée au matériau de type N et la borne positive de la batterie est connectée au matériau de type P. Cette connexion est également connue comme donnant une tension positive. Par conséquent, le champ électrique dû à la fois à la tension et à la couche d'appauvrissement est dans la même direction. Cela rend le champ électrique plus fort qu'avant. En raison de ce champ électrique puissant, les électrons et les trous veulent plus d'énergie pour traverser la jonction afin qu'ils ne puissent pas diffuser vers la région opposée. Par conséquent, il n'y a pas de flux de courant en raison du manque de mouvement des électrons et des trous.

Couche d'épuisement en condition de polarisation inversée

Les électrons du semi-conducteur de type N sont attirés vers la borne positive et les trous du semi-conducteur de type P sont attirés vers la borne négative. Cela conduit à la réduction du nombre d'électrons dans le type N et des trous dans le type P. De plus, des ions positifs sont créés dans la région de type N et des ions négatifs sont créés dans la région de type P.

Schéma de circuit pour polarisation inverse

Par conséquent, la largeur de la couche d'appauvrissement est augmentée en raison du nombre croissant d'ions positifs et négatifs.

Caractéristiques V-I

En raison de l'énergie thermique des cristaux minoritaires, des porteurs sont produits. Les porteurs minoritaires signifient un trou dans un matériau de type N et des électrons dans un matériau de type P. Ces porteurs minoritaires sont les électrons et les trous poussés vers la jonction P-N par la borne négative et la borne positive, respectivement. En raison du mouvement des porteurs minoritaires, un très peu de courant circule, ce qui est de l'ordre du nano ampère (pour le silicium). Ce courant est appelé courant de saturation inverse. La saturation signifie, après avoir atteint sa valeur maximale, un état stable est atteint dans lequel la valeur de courant reste la même avec une tension croissante.

L'amplitude du courant inverse est de l'ordre des nano-ampères pour les dispositifs en silicium. Lorsque la tension inverse est augmentée au-delà de la limite, le courant inverse augmente considérablement. Cette tension particulière qui provoque le changement drastique du courant inverse est appelée tension de claquage inverse. La panne de diode se produit par deux mécanismes: la panne d'avalanche et la panne de Zener.

I = IS [exp (qV / kT) -1]
K - Constante de Boltzmann
T - Température de jonction (K)
(kT / q) Température ambiante = 0,026 V

Habituellement, IS est un très petit courant d'environ 10-17 …… 10-13A

Par conséquent, il peut être écrit comme

I = IS [exp (V / 0,026) -1]

Graphique des caractéristiques V-I pour le biais inverse

Applications de la diode de jonction PN

La diode de jonction P-N a de nombreuses applications.

La diode de jonction P-N dans la configuration polarisée en inverse est sensible à la lumière dans une plage comprise entre 400 nm et 1000 nm, qui comprend la lumière VISIBLE. Par conséquent, il peut être utilisé comme photodiode.
Il peut également être utilisé comme cellule solaire.
La condition de polarisation directe de la jonction P-N est utilisée dans tous Applications d'éclairage LED .
La tension aux bornes de la jonction P-N polarisée est utilisée pour créer Capteurs de température et les tensions de référence.
Il est utilisé dans de nombreux circuits » redresseurs , varactors pour oscillateurs contrôlés en tension .

Caractéristiques V-I de la diode à jonction P-N

Le graphique sera modifié pour différents matériaux semi-conducteurs utilisé dans la construction d'une diode à jonction P-N. Le diagramme ci-dessous illustre les changements.

Comparaison avec l'arséniure de silicium, de germanium et de gallium

“calculer la longueur d'onde de broglie d'un électron ”

Il s'agit de la Théorie de la diode de jonction P-N , principe de fonctionnement et ses applications. Nous pensons que les informations fournies dans cet article vous sont utiles pour une meilleure compréhension de ce concept. De plus, pour toute question concernant cet article ou toute aide à la mise en œuvre projets électriques et électroniques, vous pouvez nous approcher en commentant dans la section commentaire ci-dessous. Voici une question pour vous - Quelle est l'application principale de la diode à jonction P-N?

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