Почему нет разницы потенциалов на отключенном диоде?

Я знаю, что этот вопрос звучит глупо, как если бы была разность потенциалов, ток создавался бы при соединении терминалов, и это означало, что энергия откуда-то пришла.

Причина, по которой я спрашиваю об этом, заключается в том, что из моего понимания области истощения и встроенного потенциала диода кажется, что если бы вы подключили вольтметр по всему диоду, он продемонстрировал бы значение встроенного потенциала.

Это объясняется на изображении ниже:

pn переход при равновесном смещении

Сначала электроны перетекают из n-типа в p-тип, потому что в n-типе существует более высокая концентрация, а отверстия - наоборот. Это называется диффузионным током. Первые электроны и дырки, пересекающие границу pn, являются ближайшими к ней; эти носители рекомбинируют, когда они встречаются друг с другом и уже не являются носителем. Это означает, что существует область истощения без носителей вблизи границы pn. потому что электроны покинули материал n-типа, а дырки покинули материал p-типа, есть положительный и отрицательный заряд на n и p-стороне границы pn соответственно. Это вызывает электрическое поле, которое противостоит диффузионному току, и поэтому больше электронов и дырок не пересекают границу и не объединяются. Короче говоря, только электроны и дыры вблизи границы объединяются, потому что после того, как они сделали это, образуется электрическое поле, которое предотвращает пересечение любых носителей. Ток, обусловленный этим электрическим полем, называется дрейфовым током, а при равновесии это будет равняться диффузионному току. Поскольку на границе есть электрическое поле (от положительного заряда до отрицательного заряда), есть связанное напряжение. Это называется встроенным потенциалом.

Если вы проецируете электрическое поле в каждой точке вдоль диода слева направо, вы начнете с 0 в области p, потому что есть равное количество протонов и электронов. По мере приближения к области истощения вы увидите небольшое электрическое поле, направленное назад к области p, вызванное акцепторными примесями, которые теперь имеют дополнительный электрон (из-за рекомбинации) и поэтому теперь имеют чистый отрицательный заряд. Это электрическое поле увеличилось бы по мере приближения к границе, а затем угаснет, когда вы уйдете дальше.

Это электрическое поле означает, что есть напряжение, как показано на графике (d). Сторона р имеет произвольный потенциал, а n-сторона имеет потенциал выше, потому что между ними существует электрическое поле. Это означает, что существует потенциальная разница в области истощения; это известно как встроенный потенциал.

Но почему, когда я подключаю вольтметр по всему диоду, я не вижу этого встроенного потенциала?

введите описание изображения здесь>> </p></body></html>

37 голосов | спросил Blue7 14 AMpMon, 14 Apr 2014 09:04:02 +040004Monday 2014, 09:04:02

7 ответов


12

Я думаю, ответ относительно прост. Знаете ли вы принцип работы «диода Шоттки», который основан на полупроводнико-металлическом соединении? Теперь - что произойдет, если вы подключите вольтметр (или любую другую нагрузку) через диод? Вы создаете два контакта Шоттки, которые точно компенсируют диффузионное напряжение внутри pn-диода. Таким образом, напряжение не может быть измерено. Другими словами: вы не можете использовать диффузионное напряжение для управления любым током через внешнюю нагрузку.

ответил LvW 14 PMpMon, 14 Apr 2014 12:08:16 +040008Monday 2014, 12:08:16
12

Err, остальные ответы кажутся немного изворотливыми, и я просто наткнулся на этот вопрос, поэтому я сделаю снимок.

Я думаю, что это из-за того, что уровень Ферми становится прерывистым при смещении. Я уверен, что вы можете представить себе, что вольтметр действительно измеряет, насколько сильно электроны и дырки хотят пересечь перекресток. При тепловом равновесии электроны и дырки не намерены перемещаться через соединение, поэтому напряжение равно 0 В. Другими словами, вольтметр действительно измеряет только разницу уровней Ферми между двумя сторонами.

Чтобы понять, почему это так, вы должны знать, как работает вольтметр. Вместо того, чтобы буквально измерить разницу в энергетическом уровне электрона на обоих концах диода (что было бы удивительно), он просто измеряет ток, протекающий через его высокое сопротивление. В диоде при тепловом равновесии нет никакого движения любых носителей заряда, и поэтому тока нет. Нет тока означает, что нет показаний вольтметра.

ответил Dr Coconut 3 Maypm15 2015, 21:01:19
4

Если у вас был электростатический вольтметр с сопротивлением намного выше, чем у D.U.T. Series Resistance, что возможно, но утечка диода должна быть одинаково высокой, чтобы предотвратить разрядку статического потенциала.

ответил 14 AMpMon, 14 Apr 2014 10:55:46 +040055Monday 2014, 10:55:46
4

Это очень хороший вопрос любопытства! Тот же вопрос подошел ко мне, когда я был на втором курсе. Но до тех пор, пока я не столкнулся с пороговыми напряжениями в транзисторах и падением напряжения PN, изображение стало немного ясным.

Вы абсолютно правы (последний абзац), потому что есть изменение потенциала из-за электрического поля в области истощения, существует более высокий потенциал со стороны n-типа и отрицательный потенциал со стороны p-типа, что делает собственный потенциал разница надеты. Поэтому, чтобы ток протекал через диод (PN-переход), вам понадобился бы более высокий потенциал от P-типа и n-типа таким образом, чтобы их разность была больше, чем внутренняя разность потенциалов, которая находится в противоположном направлении к приложенному напряжению через диод , Это то, что мы называем прямым смещенным диодом! Я уверен, что вы знаете эти основы. Теперь перейдем к реальному вопросу ->

Если бы вы исследовали виртуальный цифровой вольтметр точно на двух границах истощения, то я уверен, что вы увидите разницу в напряжении, но его вполне невозможно сделать с помощью обычного мультиметра. Я уверен, что существуют способы, с помощью которых полупроводниковые компании имеют специальные датчики для определения этих разностей напряжений. Но если вы должны были измерить отключенный диод от вашего обычного мультиметра (это следует учитывать, когда вы имитируете его в LTSPICE, что зондирование выполняется на концах диода не внутри). В принципе, ваш график (D) имеет этот ответ сам. График показывает, что оба конца диода не имеют электрического поля. так как электрическое поле является консервативным, а два диодных конца (концы материалов типа P и N) не имеют заряда, а электрические поля на концах прекращаются из-за диффузии, так как в результате нет электрического поля, присутствующего после окончания концов диффузии , что означает, что их разность также равна 0, а измеренная разность напряжений равна 0 В. Надеюсь, это поможет!

ответил dr3patel 14 AMpMon, 14 Apr 2014 10:18:03 +040018Monday 2014, 10:18:03
1

Ответ довольно прост. Барьерный потенциал существует в области истощения не через диод, поэтому область существования линий электрического поля ограничивается только областью обеднения.

Используемый мультиметр подключается через клеммы диода. И существуют n и p-области между многометровым зондом и областью истощения. Несмещенная n и p-область действуют как изолятор, так что в результате никакие полевые линии не принимаются на датчиках, поэтому в мультиметрах не отображается напряжение.

ответил Sudhanshu Agrahari 25 PM00000090000005731 2016, 21:15:57
0

Ответ прост: вы путаете электростатический потенциал с электрическим потенциалом. То, что вы измеряете с помощью вольтметра, является разницей в электрическом потенциале.

Электрический потенциал, однако, включает химический потенциал носителей заряда. Примечание: химический потенциал Âμ, или, точнее, градиент -граду (Âμ) химического потенциала, является «движущей силой» диффузии.

В случае PN-перехода чистая диффузия носителей происходит до тех пор, пока разность электростатического потенциала между двумя проводниками не будет равна разности химического потенциала между двумя проводниками по величине. Поскольку обе разности потенциалов имеют противоположные знаки, их сумма равна нулю -> нет никакой электрической разности потенциалов для измерения, несмотря на ненулевое различие в электростатическом потенциале!

ответил Arno 11 PMpWed, 11 Apr 2018 18:18:10 +030018Wednesday 2018, 18:18:10
-1

Несмотря на наличие потенциального барьера в точке pn-перехода, он не может послать какой-либо ток в выходной цепи. Если нет других источников, провод должен быть нагрет. Эксперименты показывают, что это никогда не происходит. соединение должно быть холодным, так как нет внешнего источника. Также будет создана термическая неустойчивость. Ток должен быть равен нулю. Контактный потенциал металла и полупроводника нейтрализует потенциальный барьер. Подобный случай имеет место.

ответил Sounak pal 6 Jpm1000000pmFri, 06 Jan 2017 15:36:53 +030017 2017, 15:36:53

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132