Perché non esiste una differenza potenziale tra un diodo disconnesso?

So che questa domanda sembra sciocca, come se ci fosse una potenziale differenza che si creerebbe una corrente quando i terminali sono collegati insieme e questo significherebbe che l'energia proviene da qualche parte.

La ragione per cui lo chiedo però è che dalla mia comprensione della regione di esaurimento e del potenziale incorporato di un diodo sembra che se si collegasse un voltmetro attraverso l'intero diodo mostrerebbe il valore del potenziale incorporato.

Questo è spiegato nell'immagine seguente:

Inizialmente, gli elettroni scorrono dal tipo n al tipo p perché vi è una concentrazione più elevata nel tipo n, e i fori fanno viceversa. Questa si chiama corrente di diffusione. I primi elettroni e buchi che attraversano il confine pn sono quelli che sono più vicini ad esso; questi portatori si ricombinano quando si incontrano e non sono più portatori. Ciò significa che esiste una regione di esaurimento senza portatori vicino al confine pn. poiché gli elettroni hanno lasciato il materiale di tipo n e i buchi hanno lasciato il materiale di tipo p, c'è un surplus di carica positiva e negativa rispettivamente sul lato n e p del confine pn. Ciò provoca un campo elettrico che si oppone alla corrente di diffusione e quindi non più elettroni o buchi attraversano il confine e si combinano. In breve, solo gli elettroni e i fori vicino al confine si combinano, perché dopo aver fatto ciò si forma un campo elettrico che impedisce ad altri vettori di attraversare. La corrente dovuta a questo campo elettrico è chiamata corrente di deriva, e quando in equilibrio sarà uguale alla corrente di diffusione. Poiché al confine c'è un campo elettrico (che punta dalla carica positiva alla carica negativa) c'è una tensione associata. Questo è chiamato il potenziale incorporato.

Se campionate il campo elettrico in ciascun punto lungo il diodo da sinistra a destra, iniziereste con 0 nella regione p perché esiste un numero uguale di protoni ed elettroni. Mentre ti avvicini alla regione di svuotamento, vedresti un piccolo campo elettrico che punta indietro verso la regione p, causato da impurità dell'accettore che ora hanno un elettrone in più (a causa della ricombinazione) e quindi ora hanno una carica negativa netta. Questo campo elettrico aumenterebbe di intensità man mano che ci si avvicina al confine e poi si spegne man mano che ci si allontana.

Questo campo elettrico significa che c'è una tensione, come mostrato nel grafico (d). Il lato p ha un potenziale arbitrario e il lato n ha un potenziale superiore a questo perché c'è un campo elettrico tra di loro. Ciò significa che esiste una differenza potenziale nella regione di esaurimento; questo è noto come potenziale incorporato.

Ma perché quando collego un voltmetro all'intero diodo non vedo questo potenziale integrato?

Penso che la risposta sia relativamente semplice. Conosci il principio di funzionamento di un "diodo Schottky", che si basa su una giunzione semiconduttore-metallo? Ora, cosa succede se si collega un voltmetro (o qualsiasi altro carico) attraverso il diodo? Si creano due giunzioni Schottky che compensano esattamente la tensione di diffusione all'interno del diodo PN. Pertanto, nessuna tensione può essere misurata. In altre parole: non è possibile utilizzare la tensione di diffusione per pilotare corrente attraverso un carico esterno.

Err, il resto delle risposte sembra un po 'confuso e mi sono appena imbattuto in questa domanda, quindi ci proverò.

Penso che sia a causa del fatto che il livello di Fermi diventa discontinuo sotto pregiudizio. Sono sicuro che puoi visualizzare che ciò che il voltmetro sta davvero misurando è quanto elettroni e buchi vogliono attraversare la giunzione. All'equilibrio termico, gli elettroni e i fori non hanno intenzione di muoversi attraverso la giunzione, quindi la tensione è 0V. In altre parole, il voltmetro misura solo la differenza nei livelli di Fermi tra i 2 lati.

Per capire perché lo fa, devi sapere come funziona un voltmetro. Invece di misurare letteralmente la differenza nel livello di energia di un elettrone ad entrambe le estremità del diodo (che sarebbe fantastico), misura solo la corrente che scorre attraverso la sua alta resistenza. In un diodo a equilibrio termico, non c'è movimento netto di alcun portatore di carica e quindi non c'è corrente. Nessuna corrente significa nessuna lettura del voltmetro.

Se avessi un voltmetro elettrostatico con una resistenza molto più alta della tua resistenza serie DUT, il che è possibile, ma la perdita di diodi dovrebbe essere altrettanto elevata per evitare di scaricare il potenziale statico.

È una bella domanda di curiosità! La stessa domanda mi è venuta quando ero al secondo anno. Ma fino a quando non ho incontrato le tensioni di soglia nei transistor e le cadute di tensione della giunzione PN, il quadro è diventato poco chiaro.

Hai assolutamente ragione (ultimo paragrafo), poiché c'è un cambiamento nel potenziale dovuto al campo elettrico nella regione di svuotamento, c'è un potenziale più elevato dal lato n-tipo e potenziale negativo dal lato p-tipo, facendo accumulare la differenza di potenziale intrinseco . Ecco perché, per consentire alla corrente di fluire attraverso il diodo (giunzione PN) è necessario un potenziale maggiore rispetto al tipo P e al tipo n in modo tale che la loro differenza sia maggiore della differenza del potenziale intrinseco che è nella direzione opposta alla tensione applicata attraverso il diodo . Questo è ciò che chiamiamo diodo polarizzato in avanti! Sono sicuro che conosci queste basi. Ora andiamo alla vera domanda ->

Se dovessi sondare il tuo voltmetro digitale virtuale esattamente ai due limiti di esaurimento, sono sicuro che vedresti la differenza di tensione lì, ma è abbastanza impossibile da fare con il normale multimetro. Sono sicuro che ci sono modi in cui le aziende di semiconduttori hanno sonde speciali per rilevare queste differenze di tensione. Ma se dovessi misurare il diodo disconnesso dal tuo multimetro normale (lo stesso viene preso in considerazione quando lo simuli in LTSPICE che il sondaggio viene eseguito alle estremità del diodo non internamente). Fondamentalmente, il tuo Grafico (D) ha questa risposta da solo. Il grafico mostra che entrambe le estremità del diodo non presentano campi elettrici. poiché il campo elettrico è conservativo e due estremità dei diodi (estremità dei materiali di tipo P e N) non hanno carica e i campi elettrici alle estremità vengono annullati a causa della diffusione, di conseguenza non è presente alcun campo elettrico al termine della regione di diffusione, ciò significa che anche la loro differenza è 0 e anche la differenza di tensione misurata è 0 V. Spero che sia di aiuto!

Dare una risposta a questa domanda. Esistono due tipi di correnti in una giunzione PN. Le correnti di diffusione sono causate da portatori che si spostano verso il basso di un gradiente di densità portante. Le correnti di deriva sono causate da vettori che si spostano verso il basso in un campo elettrico. Quando non viene applicata alcuna polarizzazione su una giunzione pn isolata, la corrente di diffusione sposta i portatori attraverso la regione di svuotamento, accumulando cariche su ciascun lato della regione di svuotamento. Le cariche accumulate creano un campo elettrico attraverso la regione di esaurimento e questo campo elettrico induce una corrente nella direzione opposta. Il processo tende naturalmente verso un equilibrio in cui la corrente di diffusione viene esattamente annullata dalla corrente di deriva. Si potrebbe modellare questo come due fonti di corrente di pari valore collegate in modo anti-parallelo.

La risposta è abbastanza semplice: il potenziale di barriera esiste nella regione di esaurimento non attraverso il diodo, quindi la regione di esistenza delle linee di campo elettrico è limitata alla sola regione di esaurimento.

Il multimetro utilizzato è collegato attraverso i terminali del diodo. Esistono regioni n e p tra la sonda multimetro e la regione di svuotamento. La regione imparziale n e p funge da isolante, di conseguenza non viene ricevuta alcuna linea di campo sulle sonde, quindi non viene mostrata alcuna tensione nel multimetro.

La risposta è semplice: confondi il potenziale elettrostatico con il potenziale elettrico. Ciò che si misura con un voltmetro è una differenza nel potenziale elettrico.

Il potenziale elettrico include tuttavia il potenziale chimico dei portatori di carica. Nota: il potenziale chimico µ, o più precisamente il gradiente -grad (µ) del potenziale chimico, è la "forza trainante" dietro la diffusione.

Nel caso di una giunzione PN, la diffusione netta dei portatori si verifica fino a quando la differenza del potenziale elettrostatico tra i due conduttori è uguale alla differenza del potenziale chimico tra i due conduttori in grandezza. Poiché entrambe le differenze potenziali hanno segni opposti, la loro somma è zero -> non vi è alcuna differenza di potenziale elettrico da misurare, nonostante una differenza non evanescente nel potenziale elettrostatico!

Sebbene ci sia una potenziale barriera attraverso il punto di giunzione pn, non è in grado di inviare corrente nel circuito di uscita. Poiché non vi sono altre fonti, il filo deve essere riscaldato. Gli esperimenti mostrano che non succede mai. Altrimenti, la giunzione dovrebbe essere freddi in quanto non esiste una fonte esterna, quindi si creerà un'instabilità termica, quindi la corrente deve essere zero. il potenziale di contatto del metallo e dei semiconduttori neutralizza la potenziale barriera.