Diode Semiconductoare

ARGUMENT

Diodele semiconductoare reprezintă o categorie foarte importantă de componente electronice. Ele sunt utilizate în foarte multe scheme electrice şi electronice.

Studiul acestor diode m-a ajutat să-mi aprofundez cunoştinţele necesare pentru a le putea folosi în diverse scheme.

Pregătirea profesională intră adeseori în contact cu acest tip de diode semiconductoare şi de aceea este obligatorie cunoaşterea construcţiei, funcţionării şi a diverselor utilizări ale acestor diode.

Prin realizarea acestui proiect am consultat o bibliografie prin care mi-am lărgit cunoştinţele în studiul diodelor semiconductoare. De aceea, acest proiect va constitui un bogat material de studiu pentru elevii dornici de a se specializa în domeniul electronicii şi a automatizărilor.

CAP. I MATERIALE SEMICONDUCTOARE

I.1 Definiţie

Materialele semiconductoare sunt acele materiale care au rezistivitatea cuprinsă între 10-6 şi 108 m, adică între cea a conductorilor şi cea a izolanţilor. Au coeficientul de temperatură al rezistivităţii negativ în domenii largi ale temperaturii, proprietate utilizată în numeroase aplicaţii practice. De asemenea, îşi modifică proprietatea sub acţiunea luminii, temperaturii, câmpului electric şi magnetic, a solicitărilor mecanice.

I.2. Clasificare

Pentru început, ne fixăm atenţia asupra semiconductorului pur, denumit şi intrinsec, care la temperaturi scăzute se comportă ca un izolator. Dacă temperatura creşte, chiar numai până la temperatura ambiantă (considerată 300 K) conductivitatea electrică creşte la 4  10-3 s /m pentru siliciu şi chiar la 2,1 s/m pentru germaniu. Pe măsură ce temperatura creşte, mişcarea termică se intensifică şi ca urmare, anumiţi electroni dobândesc energii suficiente pentru a putea trece în banda de conducţie. Acest proces are o serie de consecinţe pe care le vom discuta în ordinea lor.

În primul rând s-a obţinut un electron liber, dar pe seama distrugerii unei legături covalente. Ruperea legăturii covalente lasă însă un loc vacant care poate fi ocupat de un electron; acest loc vacant îl numim şi gol. În structura de benzi este indicată perechea unui electron-gol, deoarece observăm că generarea unui electron liber este automat însoţită de generarea unui gol. Atomul transformat într-un ion pozitiv “duce dorul ” electronului pierdut pe care îl recuperează de la un atom învecinat. În acest fel, atât golul cât şi excedentul de o sarcină elementară a atomului învecinat. La rândul său, acesta va proceda la fel cu un alt atom învecinat.

Deplasarea golurilor este efectul deplasării în sens opus al electronilor de valenţă, adică a unor electroni legaţi de atomi.

CAP. II FUNCŢIONAREA DIODEI SEMICONDUCOARE

II.1 JONCTIUNEA p-n

Dacă intr-un acelaşi cristal se creează prin impurificare, de o parte şi de altă a unei suprafeţe de separaţie, doua regiuni de tip opus - una p şi cealaltă n - se spune ca s-a obţinut o joncţiune p-n. Această joncţiune nu se poate obţine prin alipirea a doua regiuni impurificate de tip p şi respectiv n, deoarece în structura cubica a cristalelor de Ge şi Si ordinul de mărime a distantelor interatomice este 10-10 m şi metodele tehnologice actuale nu permit încă o alipire care sa dea intre cele doua regiuni distante mai mici decât această dimensiune. În aceste condiţii fenomenele de trecere dintr-o zona în altă a purtătorilor de sarcină ar fi împiedicate, cele doua regiuni rămânând astfel izolate.

Studiul joncţiunii p-n se face în trei situaţii: considerând joncţiunea liberă (nepolarizată), aplicându-i-se o tensiune de polarizare directa şi în cazul unei polarizări inverse.

II.2 JONCTIUNEA P-N LIBERĂ (NEPOLARIZATA)

Examinând fenomenele ce apar în cazul unei joncţiuni p-n, căreia nu i se aplica tensiune exterioara (fig. II.1),se constata iniţial purtătorii majoritari (goluri – în regiunea p şi electroni în regiunea n)au tendinţa de a trece din propria lor regiune (cu concentraţie mare) în regiunea vecina (cu concentraţie scăzută).În regiunea alăturată purtătorii întâlnesc purtătorii întâlnesc purtători de tip opus cu care se combina neutralizându-se reciproc. În felul acesta, de o parte şi altă a suprafeţei de separaţie se formează o regiune ,, sărăcita ,, de sarcini libere numita regiune de trecere, având o lăţime de ordinul micronilor (10-6 m).