Mengapa tidak ada perbedaan potensial dioda yang terputus?

Saya tahu pertanyaan ini kedengarannya konyol, seolah-olah ada perbedaan potensial saat ini akan dibuat ketika terminal terhubung bersama dan ini berarti energi telah datang dari suatu tempat.

Alasan saya menanyakan hal ini adalah karena dari pemahaman saya tentang daerah deplesi dan dibangunnya potensi dioda, sepertinya jika Anda menghubungkan voltmeter di seluruh dioda akan menunjukkan nilai potensial yang dibangun.

Ini dijelaskan pada gambar di bawah ini:

Pada awalnya, elektron mengalir dari tipe n ke tipe p karena ada konsentrasi yang lebih tinggi di tipe n, dan lubang memang sebaliknya. Ini disebut arus difusi. Elektron dan lubang pertama yang melewati batas pn adalah yang paling dekat dengannya; pembawa ini bergabung kembali ketika mereka bertemu satu sama lain dan kemudian tidak lagi menjadi pembawa. Ini berarti ada daerah penipisan tidak ada operator di dekat batas pn. karena elektron telah meninggalkan material tipe n, dan lubang telah meninggalkan material tipe p, terdapat kelebihan muatan positif dan negatif pada sisi n dan p dari batas pn. Ini menyebabkan medan listrik yang menentang arus difusi, sehingga tidak ada lagi elektron atau lubang yang melintasi batas dan bergabung. Singkatnya, hanya elektron dan lubang di dekat batas yang bergabung, karena setelah mereka selesai melakukan itu terbentuk medan listrik yang mencegah penyeberangan lagi. Arus akibat medan listrik ini disebut arus melayang, dan ketika dalam kesetimbangan ini akan sama dengan arus difusi. Karena ada medan listrik di batas (menunjuk dari muatan positif ke muatan negatif) ada tegangan yang terkait. Ini disebut potensi bawaan.

Jika Anda mencicipi medan listrik pada setiap titik sepanjang dioda dari kiri ke kanan, Anda akan mulai dengan 0 di wilayah p karena ada jumlah proton dan elektron yang sama. Ketika Anda mendekati daerah penipisan, Anda akan melihat medan listrik kecil yang mengarah kembali ke daerah p, disebabkan oleh pengotor pengotor yang sekarang memiliki elektron ekstra (karena rekombinasi) dan karenanya sekarang memiliki muatan negatif bersih. Medan listrik ini akan meningkat kekuatannya saat Anda semakin dekat dengan batas, dan kemudian mati saat Anda semakin jauh.

Medan listrik ini berarti ada tegangan, seperti yang ditunjukkan pada grafik (d). Sisi p berada pada potensial sewenang-wenang, dan sisi n pada potensial lebih tinggi dari ini karena ada medan listrik di antara mereka. Ini berarti ada perbedaan potensial di seluruh wilayah penipisan; ini dikenal sebagai potensi bawaan.

Tetapi mengapa ketika saya menghubungkan volt-meter di seluruh dioda saya tidak akan melihat ini dibangun di potensial?

Saya pikir, jawabannya relatif sederhana. Apakah Anda tahu prinsip kerja "dioda Schottky", yang didasarkan pada persimpangan semikonduktor-logam? Sekarang - apa yang terjadi jika Anda menghubungkan voltmeter (atau beban lainnya) melintasi dioda? Anda membuat dua persimpangan Schottky yang secara tepat mengkompensasi tegangan difusi di dalam dioda pn. Dengan demikian, tidak ada tegangan yang dapat diukur. Dengan kata lain: Anda tidak dapat menggunakan tegangan difusi untuk menggerakkan arus apa pun melalui beban eksternal.

Err, sisa jawaban tampaknya sedikit cerdik dan saya hanya menemukan pertanyaan ini jadi saya akan mencobanya.

Saya pikir itu karena fakta bahwa level Fermi menjadi terputus-putus karena bias. Saya yakin Anda dapat membayangkan bahwa voltmeter benar-benar mengukur adalah seberapa buruk elektron dan lubang yang ingin melintasi persimpangan. Pada kesetimbangan termal, elektron dan lubang tidak berniat bergerak melintasi persimpangan, sehingga tegangannya 0V. Dengan kata lain, voltmeter benar-benar hanya mengukur perbedaan tingkat Fermi antara kedua sisi.

Untuk memahami mengapa ia melakukan ini, Anda harus tahu cara kerja voltmeter. Daripada secara harfiah mengukur perbedaan tingkat energi elektron di kedua ujung dioda (yang akan luar biasa), ia hanya mengukur arus yang mengalir melalui resistansi tinggi. Dalam dioda pada kesetimbangan termal, tidak ada pergerakan bersih dari pembawa muatan dan karenanya tidak ada arus. Tidak ada arus berarti tidak ada pembacaan voltmeter.

Jika Anda memiliki voltmeter elektrostatik dengan resistansi yang jauh lebih tinggi daripada Resistansi Seri DUT Anda, yang mungkin terjadi, tetapi kebocoran dioda harus sama tingginya untuk mencegah pemakaian Potensi Statis.

Ini adalah pertanyaan rasa ingin tahu yang sangat bagus! Pertanyaan yang sama muncul ketika saya di tahun kedua. Tapi sampai saya menemukan tegangan Threshold di Transistor dan penurunan tegangan junction PN, gambar menjadi sedikit jelas.

Anda benar sekali (paragraf terakhir), karena ada perubahan potensial karena medan listrik di daerah penipisan, ada potensi yang lebih tinggi dari sisi tipe-n dan potensi negatif dari sisi tipe-p, membuat perbedaan potensial intrinsik terbentuk. . Itulah sebabnya, untuk memungkinkan arus mengalir melalui dioda (persimpangan PN), Anda akan memerlukan potensial yang lebih tinggi dari tipe-P dan tipe-n sehingga perbedaannya lebih besar daripada perbedaan potensial intrinsik yang berlawanan arah dengan tegangan yang diterapkan di dioda. . Inilah yang kami sebut dioda bias maju! Saya yakin Anda tahu dasar-dasar ini. Sekarang mari kita pergi ke pertanyaan sebenarnya ->

Jika Anda menyelidiki voltmeter Digital virtual Anda tepat di dua batas penipisan maka saya yakin Anda akan melihat perbedaan tegangan di sana, tetapi sangat tidak mungkin dilakukan dengan multimeter biasa. Saya yakin ada beberapa cara perusahaan semikonduktor memiliki probe khusus untuk merasakan perbedaan voltase ini. Tetapi jika Anda mengukur dioda yang terputus dari multimeter reguler Anda (hal ini juga dipertimbangkan ketika Anda mensimulasikannya dalam LTSPICE bahwa pemeriksaan dilakukan di ujung-ujung dioda tidak secara internal). Pada dasarnya, Grafik Anda (D) memiliki jawaban ini sendiri. Grafik menunjukkan bahwa kedua ujung dioda tidak memiliki medan listrik. karena medan listrik konservatif, dan dua ujung dioda (ujung jenis P dan N) tidak memiliki muatan dan medan listrik di ujungnya dibatalkan karena difusi, akibatnya tidak ada medan listrik yang hadir setelah daerah difusi berakhir, itu berarti perbedaannya juga 0 dan perbedaan tegangan yang diukur adalah 0 V juga. Semoga ini membantu!

Memberi pertanyaan ini suntikan. Ada dua jenis arus di persimpangan PN. Arus difusi disebabkan oleh pembawa yang bergerak menuruni gradien kepadatan pembawa. Arus melayang disebabkan oleh pembawa yang bergerak turun dari medan listrik. Ketika tidak ada bias diterapkan pada pn junction yang terisolasi, arus difusi menggerakkan pembawa melintasi wilayah penipisan, membangun muatan pada setiap sisi wilayah penipisan. Akumulasi muatan menciptakan medan listrik melintasi wilayah penipisan, dan medan listrik ini menginduksi arus dalam arah yang berlawanan. Proses secara alami cenderung menuju keseimbangan di mana arus difusi dibatalkan secara tepat oleh arus drift. Orang bisa memodelkan ini sebagai dua sumber arus bernilai sama yang terhubung dalam mode anti-paralel.

Jawabannya cukup sederhana. Potensi penghalang ada di seluruh wilayah penipisan tidak melintasi dioda, sehingga wilayah keberadaan garis medan listrik terbatas pada wilayah penipisan saja.

Multi-meter yang digunakan terhubung di terminal dioda. Dan ada daerah n dan p antara probe multi-meter dan wilayah deplesi. Wilayah n dan p tidak bias bertindak sebagai insulator sehingga akibatnya tidak ada garis-garis medan yang diterima pada probe sehingga tidak ada tegangan ditampilkan pada multi-meter.

Jawabannya sederhana: Anda mengacaukan potensi elektrostatik dengan potensial listrik. Apa yang Anda ukur dengan voltmeter adalah perbedaan potensial listrik.

Namun potensi listrik tidak termasuk potensi kimia pembawa muatan. Catatan: Potensi kimia μ, atau lebih tepatnya gradien -grad (μ) dari potensi kimia, adalah "kekuatan pendorong" di balik difusi.

Dalam kasus persimpangan PN, difusi bersih pembawa terjadi sampai perbedaan potensial elektrostatik antara dua konduktor sama dengan perbedaan potensial kimia antara dua konduktor dalam besarnya. Karena kedua perbedaan potensial memiliki tanda yang berlawanan, jumlah mereka adalah nol -> tidak ada perbedaan potensial listrik untuk diukur, meskipun perbedaan yang tidak hilang dalam potensi elektrostatik!

Meskipun ada penghalang potensial di titik persimpangan pn, ia tidak dapat mengirim arus apa pun di sirkuit output. Karena tidak ada sumber lain yang hadir, kabel harus dipanaskan. Eksperimen menunjukkan bahwa itu tidak pernah terjadi. menjadi dingin karena tidak ada sumber eksternal. sehingga akan dibuat ketidakstabilan termal. sehingga arus harus nol. potensi kontak logam dan semikonduktor menetralkan penghalang potensial. sehingga jenis kasus di atas terjadi.