لفور سلاملفور دوست داشتنی و زیبا

دیود چیست و چگونه کار می کنند؟

دیود چیست و چگونه کار می کنند؟

مروری بر گذشته:
در مقاله های قبلی با مواد نیمه  رسانا و برخی ویژگی های آن آشنا شدیم و این مواد را از دیدگاه نظریه‌ی نواری بررسی کردیم. همچنین آموختیم که در نیمه  رسانا می توان با افزودن مقادیر کمی ناخالصی رسانش الکتریکی را به صورت شگفت  انگیزی افزایش داد. گفتیم سیلیسیوم (Si) و ژرمانیوم (Ge) دو نیمه  رسانای معروف هستند که هر کدام 4 الکترون ظرفیت دارند. اگر آن ها را با عناصری که اتم‌هایشان 5 الکترون ظرفیت دارند، نظیر ارسنیک (As) یا فسفر (P) آلایش دهیم، نیمه  رسانای نوع n تولید می شود و اگر آن ها را با عناصری که اتم هایشان 3 الکترون ظرفیت دارند، نظیر بور (B) یا آلومینیوم (Al) آلایش دهیم، نیمه  رسانای نوع p تولید می شود.
اشاره کردیم که در نیمه  رسانای نوع n، الکترون های نوار رسانش بیشتر از حفره  های نوار ظرفیت نقش حامل های بار الکتریکی را دارند. بنابراین می گوییم در نیمه  رسانای نوع n الکترون ها حامل اکثریت هستند (در مقابل حفره  ها حامل اقلیت هستند). در نیمه  رسانای نوع p، حفره  های نوار ظرفیت بیشتر از الکترون های نوار رسانش نقش حامل های بار الکتریکی را دارند. بنابراین می گوییم در نیمه  رسانای نوع p حفره  ها حامل اکثریت هستند (در مقابل الکترون ها حامل اقلیت هستند). اکنون در ادامه  ی مباحث قبل می خواهیم درباره ی یک ویژگی بسیار جالب نیمه  رسانا صحبت کنیم. این ویژگی اساسِ کارِ بسیاری از قطعات الکترونیکی است که ما در رایانه، تلفن همراه، حافظه و ... از آن‌ها استفاده می کنیم.


اگر یک نیمه  رسانای نوع n را به یک نیمه رسانای نوع p متصل کنیم، قطعه  ای حاصل می شود که آن را پیوند p-n می گوییم. پیوند p-n ویژگی جالب توجهی دارد که شنیدن آن خالی از لطف نیست.

همانگونه که می دانیم حامل  های اکثریت در نیمه  رسانای نوع n از جنس الکترون های آزاد و در نیمه  رسانای نوع p از جنس حفره  های آزاد هستند. در اثر اتصال این دو نیمه  رسانا به یکدیگر، تعدادی از الکترون های نیمه  رسانای نوع n به سمت نیمه  رسانای نوع p می روند و تعدادی از حفره  های نیمه  رسانای نوع p به سمت نیمه  رسانای نوع n منتقل می شوند. علت این انتقال پدیده ای به نام نفوذ است که ما بارها آن را پیرامون خود مشاهده کردیم.

فعالیت1
مواد و وسایل مورد نیاز: مقداری جوهر رنگی، مقداری آب، یک ظرف شیشه  ای مثل بِشِر یا لیوان، یک قطره چکان.
شرح فعالیت: مقداری آب درون ظرف شیشه  ای بریزید به گونه ای که ظرف تقریبا پُر شود. با استفاده از قطره چکان یک قطره جوهر رنگی درون آب بیاندازید. چه روی می دهد؟

همان گونه که در تصویر1 مشاهده می کنیم ذرات جوهر از جایی که تعدادشان بیشتر است به جایی که تعدادشان کمتر است منتقل می شوند؛ به گونه  ای که به تدریج در همه جا به یک اندازه توزیع می‌شوند و تمامی آب رنگی می شود (تصویر2). به این پدیده، یعنی انتقال خودبخودی ذرات از جایی که تعدادشان بیشتر است به جایی که تعدادشان کمتر است، نفوذ می گوییم.
هنگام اتصال دو قطعه  ی نیمه  رسانای نوع n و p به یکدیگر، تعدادی از الکترون ها که در نیمه‌رسانای نوع n حامل اکثریت هستند، در اثر پدیده ی نفوذ به سمت نیمه  رسانای نوع p می روند. همچنین تعدادی از حفره  ها که در نیمه¬ رسانای نوع p حامل اکثریت هستند نیز در اثر پدیده ی نفوذ به سمت نیمه  رسانای نوع n می روند.

تصویر3- یک پیوند p-n

به تصویر3 نگاه کنید. در اثر انتقال الکترون ها از n به p، تعدادی از اتم های نیمه  رسانا در سمت n که یک الکترون خود را از دست داده  اند، به یونی با بار مثبت تبدیل می شوند. همچنین به صورت برعکس، در اثر انتقال حفره  ها از p به n، تعدادی از اتم های نیمه  رسانا در سمت p که یک حفره از دست داده‌اند، به یونی با بار منفی تبدیل می شوند. می دانیم که بر خلاف الکترون ها و حفره  ها که می توانند آزادانه حرکت کنند، یون  ها در جای خود ثابت می  مانند و حرکت نمی کنند. الکترون های آزاد و حفره های آزاد که از دو طرف می آیند با یکدیگر ترکیب می شوند و اثر هم را خنثی می کنند. بنابراین تعداد حاملان بار الکتریکی، که همان الکترون ها و حفره  ها هستند، در این ناحیه کم می شود. این ناحیه را که تعداد حاملان بار الکتریکی در آن بسیار کم است، ناحیه ی تهی می گوییم.

فعالیت2
مواد و وسایل مورد نیاز: 2 میله  ی کوچک شیشه  ای (در همه  ی آزمایشگاه ها می توانید پیدا کنید)، مقداری پارچه  ی پشمی، تکه  های کوچک کاغذ.

شرح فعالیت:
1- یک میله  ی شیشه  ای را با پارچه  ی پشمی مالش دهید و سپس آن را به تکه  های کاغذ نزدیک کنید. چه روی می دهد؟
2- هر دو میله  ی شیشه  ای را با پارچه  ی پشمی مالش دهید و آن ها را به یکدیگر نزدیک کنید. این بار چه روی می دهد؟
فضایی که پیرامون اجسام باردار الکتریکی شکل می  گیرد و در این فضا به اجسام دیگر نیروی جاذبه یا دافعه الکتریکی وارد می‌شود را میدان الکتریکی می گوییم. قرار می‌گذاریم (قرارداد می‌کنیم) که جهت میدان الکتریکی از بار مثبت به سمت بار منفی باشد. اگر جسمی باردار درون میدان الکتریکی قرار گیرد، از بار همنام خود دفع شده و به بار ناهمنام خود جذب می شود. این سبب می‌شود که اجسام با بار مثبت درون میدان الکتریکی هم جهت میدان (به سمت بار منفی) حرکت  کنند و اجسام با بار منفی، خلاف جهت میدان (به سمت بار مثبت) حرکت کنند.

اما اگر جهت پایانه  های باتری را برعکس متصل کنیم، یعنی پایانه  ی منفی را به p و پایانه  ی مثبت را به n اتصال دهیم، میدان الکتریکی خارجی هم جهت میدان الکتریکی داخلی ایجاد می شود و جریان الکتریکی برقرار نمی شود (تصویر7).

تصویر7- اتصال منبع ولتاژ الکتریکی به یک پیوند p-n به صورتی که پایانه مثبت به n و پایانه منفی به p متصل است.

در الکترونیک به قطعه  ای که دارای یک پیوند p-n هست، دیود می گوییم. در تصویر8 یک دیود واقعی را مشاهده می کنیم.

تصویر8- یک دیود واقعی که از یک پیوند p-n تشکیل شده است.

 

 

منبع:http://edu.nano.ir