fejléc
Gyakori kérdések Belépés Új kérdés Véletlen kérdés
Keresés
Kezdőoldal » Tudományok » Természettudományok » A diódák miért nem (illetve...

A diódák miért nem (illetve csak nagyon csekély mértékben) vezetnek a záróirányban (természetesen a letörési feszültségnél kisebb abszolút értékű feszültségek tartományában)?

Figyelt kérdés
Azt nem értem, hogy ugye záróirányban a kiürített réteg megvastagodik, mert a külső tér elvonzza az elektronokat és a lyukakat az n és a p réteg határának közeléből. De ettől ugye pont a p réteg kiürített rétege lesz a negatív töltésű (mert a lyukakkal együtt lenne semleges), és az n réteg kiürített rétege lesz pozitív töltésű (mert az elektronokkal együtt lenne semleges). És akkor a határréteg közelében az n réteg pozitív töltése miért nem vonzza ki a közvetlenül mellette lévő p réteg betöltött lyukaiból az elektronokat, hogy azok megindulhassanak az n rétegben a pozitív pólus felé, és akkor a keletkező lyukak is megindulhatnának a p rétegben a negatív pólus felé. Gondolom, hogy a "betöltött lyukból elektron kivonzás" az egy nehezebben végbe menő folyamat, mint egy elektron lyukba "esése", vagyis a rekombináció. Csakhogy ugye sima vezetés közben is a p réteg az úgy vezeti a lyukakat, hogy a szomszédos betöltött lyukakból kivonzódó elektronok beleesnek az eredeti lyukakba, és így "teleportálódnak" arrébb a lyukak, tehát ott is ki kell vonzódniuk az elektronoknak a szomszédos betöltött lyukakból. Sőt nyitóirányban a p réteg és az anód határfelületén is kilépnek az elektronok a betöltött lyukakból a fém áramkör felé, hogy azok azután újra üres lyukakká váljanak és tudjanak elektronokat fogadni, és a határréteg felé „ugrálva teleportálódni”. Akkor a határrétegben ugyanez a folyamat miért nem működik az n réteg felé?

#fizika #elektronika #egyenirányító #dióda #félvezető #záróirány
tegnapelőtt 09:45
 1/6 anonim ***** válasza:
92%

Egész egyszerűen csakis a szabad töltéshordozók vezethetik az áramot. A záróirányú feszültség által a szabad töltéshordozóktól teljesen kiürített PN átmenet tökéletesen szigetel, bár ezek hiánya erős elektromos mezőt hoz létre.


Ez az elektromos mező az odatévedő töltéshordozókat gyorsítja és ionizációt is kiválthat. Ez a jelenség felelős a záróirányú szivárgásért és a szigetelőképesség hirtelen letöréséért is.


A záróirányú mezőnek az intenzitása meredekebb függvénnyel növekszik, mint a kiürített zóna szélessége, ezért egy bizonyos feszültségnél letörik a szigetelés. A dióda feszültségtűrő készsége csakis az anyagának a fizikai állandójától és a dópolás mértékétől függ. Például nemigen gyártanak szilíciumdiódákat 1,5 kilovolt fölé, mert az ennél gyengébb dópolás már nagyon rontaná a nyitóirányú átvezetést.


A modern egyenirányítók így is minimum háromrétegű struktúrával bírnak, hogy ne legyen túl nagy a belső ellenállásuk. Hasonló elven van kihozva az IGBT-k alacsony belső ellenállása is.

tegnapelőtt 11:40
Hasznos számodra ez a válasz?
 2/6 A kérdező kommentje:

Hú, nagyon köszönöm a részletes választ. Ezzel foglalkozol, hogy így tudod? Viszont nekem is eszembe jutottak dolgok közben, szerinted igaz lehet a következő két dolog?

1.) Azt eddig is gondoltam, hogy ezeket a folyamatokat kvantummechanikai hatások is befolyásolják. És arra gondoltam, hogy a lyukak vándorlását a p-rétegben segíti a Heisenbergi-határozatlanság, ugyanis, ha ott "kölcsönvevődik" a semmiből egy kis energia, amely ahhoz kell, hogy az elektron kiszakadjon egy betöltött lyukból, akkor miután csak kis távolság megtétele után rekombinálódik egy másik lyukkal, akkor ez az energia felszabadul, és rögtön vissza is "törlesztődik" a semmibe. Viszont ha a kiszakadt elektron az n-rétegbe kerül, akkor ott nem rekombinálódik semmivel, így ezt a folyamatot nem segítheti az alagúthatás, míg a p rétegben a lyukak vándorlását igen.

2.) A fémes csatlakozásnál a fém és a p réteg érintkezési felülete kisebb, mint a p-n átmenet határfelülete, és így itt nagyobb térerősség alakul ki, amely képes - nyitó irányban - az elektronok kiszakítására a betöltött lyukakból, és elvezetni azokat a feszültségforrás pozitív pólusa felé, hogy a közben létrejövő új lyukak megindulhassanak a p-n határréteg felé, és ott rekombinálódjanak az n rétegből érkező elektronokkal.

tegnapelőtt 15:27
 3/6 anonim ***** válasza:

Amit írsz, az nekem eléggé zavarosnak hat.


1. A félvezetőkben úgynevezett sávok vannak, melyek energetikailag meghatározzák a töltéshordozók helyezkedési lehetőségeit. Bizonyos esetekben az alagúthatás meghatározó is lehet.


2. Nincs kikötés a rétegek érintkezési felületére, de a fém/félvezető csatlakozások tulajdonságait meredeken befolyásolja az alkalmazott fém Fermi-energiaszintje, ugyanis ez határozza meg, hogy ohmos csatlakozást, vagy Schottky-dióda átmenetet kapsz.

tegnapelőtt 16:00
Hasznos számodra ez a válasz?
 4/6 anonim ***** válasza:

1. A dióda kiürítési rétege záróirányú feszültség esetén

Amikor záróirányú feszültséget kapcsolunk a dióda két vége közé:


A p-réteg pozitív pólushoz, az n-réteg pedig a negatív pólushoz csatlakozik.

Ez az elektromos tér elvonzza a töltéshordozókat a pn-határfelületről: a p-réteg lyukait távolabb húzza a határfelülettől, és az n-réteg elektronjait is eltávolítja a határfelületről.

Ennek eredményeként a kiürítési réteg (depléciós réteg) megvastagszik, és gyakorlatilag töltéshordozó-mentes zónát képez a p- és n-réteg között.

Ez a kiürítési réteg viselkedik szigetelőként, mert a benne lévő elektromos tér megakadályozza, hogy a töltéshordozók szabadon áthaladjanak rajta.


2. Mi történik záróirányban?

Záróirányú feszültség alatt:


A p-réteg pozitív töltésű ionjai (a kiürítési rétegben) és az n-réteg negatív ionjai (szintén a kiürítési rétegben) erős elektromos teret hoznak létre a határrétegben.

Ez az elektromos tér ellenáll a töltéshordozók áramlásának. A p-réteg betöltött lyukaiból az elektronok valóban "kihúzódhatnának", ahogyan említetted, de ehhez az elektronnak a kiürítési réteggel szemben, a záróirányú feszültség által létrehozott tér ellenében kellene áthaladnia. Ez energetikailag nem kedvező.

A töltések áramlása záróirányban: a termikus gerjesztés szerepe

Záróirányban csak nagyon kevés elektron és lyuk jut át a kiürítési rétegen, és ez a folyamat is kizárólag a hőmérséklet által biztosított termikus energia miatt történik.

Ezek az elektronok és lyukak véletlenszerűen "gerjesztődnek" a p- és n-rétegben, és átjuthatnak a kiürítési rétegen, de ezek száma rendkívül kicsi, mert a kiürítési réteg elektromos tere jelentős akadályt jelent.

Ezért záróirányban a dióda fordított árama (reverse leakage current) nagyon kicsi, tipikusan nanoamperes vagy még kisebb nagyságrendű.


3. Miért más a helyzet nyitóirányban?

Nyitóirányban a p-réteg negatív pólushoz, az n-réteg pedig pozitív pólushoz kapcsolódik. Ez a külső feszültség ellensúlyozza a kiürítési réteg természetes elektromos terét, és:


A kiürítési réteg vastagsága csökken.

Az elektronok az n-rétegből könnyen áthaladhatnak a határfelületen a p-réteg felé, ahol rekombinálódnak a lyukakkal.

A lyukak a p-rétegben pedig szabadon mozognak az áramkör negatív pólusa felé.

Nyitóirányban tehát a külső feszültség elősegíti a töltéshordozók áramlását a pn-határfelületen keresztül, miközben záróirányban akadályozza azt.


4. Miért nem működik záróirányban ugyanaz a mechanizmus, mint nyitóirányban?

A kérdésed pontosan erre mutat rá: ha nyitóirányban a töltéshordozók „átszivárgása” lehetséges, akkor záróirányban miért nem indul be ugyanez a folyamat?


a) A kiürítési réteg elektromos tere

Nyitóirányban a külső feszültség csökkenti a kiürítési réteg elektromos terét, megkönnyítve a töltéshordozók mozgását.

Záróirányban viszont a külső feszültség növeli a kiürítési réteg elektromos terét, amely akadályozza a töltéshordozók átjutását.

b) Az energetikai akadály

Záróirányban az elektronoknak a p-rétegben lévő betöltött lyukakból való „kihúzásához” szükséges energia jóval nagyobb, mint nyitóirányban. Ez azért van, mert az elektronokat nemcsak a kristályszerkezet kötései, hanem a kiürítési réteg elektromos tere is visszatartja.

c) Termikus energia hiánya

Bár a termikus energia biztosít néhány "gerjesztett" elektront és lyukat, ezek száma rendkívül csekély, különösen alacsonyabb hőmérsékleten. Így a záróirányú áram gyakorlatilag elhanyagolható.

5. Összegzés

A dióda záróirányú viselkedése tehát a következő tényezők kombinációjának köszönhető:


A kiürítési réteg elektromos tere záróirányban vastagabb, és erősen ellenáll a töltéshordozók áramlásának.

Energetikai akadály: A záróirányú áramlás csak olyan töltéshordozókkal lehetséges, amelyek rendelkeznek elegendő energiával ahhoz, hogy legyőzzék a kiürítési réteg elektromos terét. Ez csak nagyon ritkán fordul elő, és hőmérsékletfüggő.

Nyitó- és záróirány közötti szimmetria hiánya: Nyitóirányban a külső feszültség csökkenti az akadályt, záróirányban pedig növeli azt.

Ezért a dióda gyakorlatilag nem vezet záróirányban, kivéve nagyon kicsi, termikusan gerjesztett áramok formájában.

tegnapelőtt 17:46
Hasznos számodra ez a válasz?
 5/6 A kérdező kommentje:
Kedves 4-es, nagyon értékelem, hogy ilyen hosszú választ írtál, szerintem rekord hosszúságú, úgyhogy tényleg nem kötözködni akarok, de amit írtál az több helyen is hibás. Záróirányban pont, hogy a p rétegre van a negatív pólus kötve (és ez vonzza ki a kiürített rétegből a pozitív töltésű lyukakat), és az n rétegre van a pozitív pólus kötve (és ez vonzza ki az n réteg kiürített rétegéből az elektronokat). Amit írtál, az a nyitó irány, mert ott van a p rétegre a pozitív pólus kapcsolva (hogy a lyukakat a határrétegbe taszítsa), és az n rétegre a negatív töltés (hogy az elektronokat szintén a határrétegbe taszítsa, ahol azok rekombinálódnak a lyukakkal, és megindul az áram[lás]). Záróirányban (ahogy a kérdésemben is kiírtam), pont, hogy az n réteg kiürített rétege lesz pozitív töltésű, mert az az elektronokkal együtt volt semleges, de azokat a pozitív pólus elvonzotta onnan. És pont, hogy a p réteg kiürített rétege lesz a negatív töltésű, mert onnan meg a lyukak vonzódtak el (a rá kapcsolt negatív pólus hatására), vagy úgy is felfoghatjuk, hogy odataszítódtak az elektronok a negatív pólusból, és betöltöttek minden lyukat. Tehát közvetlenül a határrétegben az n réteg POZITÍV töltése még segítené is a p réteg betöltött lyukaiban lévő elektronok kiszakadását, és megindulását az n rétegben a – ZÁRÓIRÁNYBAN oda kapcsolt – pozitív pólus felé, tehát nem az elektromos tér ellenében kellene a betöltött lyukakból így kiszakadt elektronoknak haladniuk, hanem pont hogy annak vonzása hatására. Én ezt nem értem igazán, hogy ez miért nem történik meg, mert azt értem, hogy kiszakadni nehezebben tud egy elektron egy betöltött lyukból, mint beleesni. De egyrészt a p rétegben a lyukvezetés is így valósul meg, amit ott ugyan segíthet a Heisenberg-féle határozatlanság, de nyitó irányba a p rétegre kapcsolt POZITÍV pólus is ki kell, hogy szakítsa az elektronokat a betöltött lyukakból, hogy új lyukak keletkezhessenek, és azok megindulhassanak a határréteg felé, és ott pótolják a rekombináció miatt elfogyó lyukakat. Talán az lehet a magyarázat még, hogy az elektronok csak a p réteg legszélső – az n réteggel érintkező – atomrétegéből tudnának kiszakadni, mert a p réteg nem vezeti az elektronokat (csak a lyukakat), és ezért a p réteg mélyebb rétegeiből nem tudnák a betöltött lyukakból kiszakad elektronok sem elérni az n réteget. És így csak nagyon kevés töltéshordozó tudna keletkezni, ami talán a záróirányú áramot magyarázhatja. Erre eddig nem gondoltam, úgyhogy legalább most még egyszer végiggondoltam, és ez logikus lehet. Illetve a záróirányú tér valóban akadályozhatná a – már kiszakadt – elektronokat, de már csak az n rétegben, amikor a kiürített réteg széléhez érnek, tehát ahol már semleges az n réteg a pozitív pólus felé, és a kiürített réteg is pozitív, tehát „hátrafelé” vonzaná az elektronokat. Illetve ugyanez igaz a lyukakkal is, hogy ott meg a p réteg kiürített rétegének negatív töltése taszítja a negatív pólusból a p rétegbe jutó elektronokat (a lyukakat meg vonzza). De szerintem, ha már kiszakadt, és átjutott az n rétegbe egy elektron, akkor már a pozitív pólust is eléri, mert ez már nem akadályozza annyira a mozgását, mint a betöltött lyukakból való kiszakadás szükségessége. Illetve, ha létrejön egy lyuk, és elindul a p rétegben a – záróirányban oda kapcsolt – negatív pólus felé, akkor a p réteg negatív töltésű kiürített rétegének vonzása sem fogja már megakadályozni, hogy legalább a kiürített réteg szélét elérje, ahová egy elektron még el tud érni a negatív pólus felől, és betölti.
tegnap 13:20
 6/6 anonim ***** válasza:
Ha valakinek nem esne le - a négyes egy Chat GPT-s zagyvaságot nyomott ide!
tegnap 13:24
Hasznos számodra ez a válasz?

Kapcsolódó kérdések:

Tudományok főkategória kérdései »
Tudományok - Természettudományok kategória kérdései »



Minden jog fenntartva © 2025, www.gyakorikerdesek.hu
GYIK | Szabályzat | Jogi nyilatkozat | Adatvédelem | Cookie beállítások | WebMinute Kft. | Facebook | Kapcsolat: info(kukac)gyakorikerdesek.hu

A weboldalon megjelenő anyagok nem minősülnek szerkesztői tartalomnak, előzetes ellenőrzésen nem esnek át, az üzemeltető véleményét nem tükrözik.
Ha kifogással szeretne élni valamely tartalommal kapcsolatban, kérjük jelezze e-mailes elérhetőségünkön!