Ionenbildung in der Diode

Ich habe einige grundlegende Fragen zu Dioden. Wenn wir eine Diode in Vorwärtsrichtung vorspannen, kreuzen die Elektronen im N-Bereich den Verarmungsbereich und treten in den P-Bereich ein. Hier sollen sie sich mit den Löchern rekombinieren, die in der P-Region reichlich vorhanden sind. Mein Problem ist jedoch dies. Wenn Elektronen und Löcher rekombinieren, bilden sie dann kein Ion? Und Ionen sind nicht mobil. Welchen Fehler mache ich hier?

Diese Antwort beschreibt, was auf der P-Seite des PN-Übergangs passiert. Dieselben Konzepte lassen sich leicht auf die N-Seite anwenden, wobei sich die Anzeichen für mobile und statische Aufladung entsprechend ändern.

PN-Junction-Schaltpläne:

Vorwärtsbias:

Unter Vorwärtsvorspannungsbedingungen (P-Seite relativ zur N-Seite positiv vorgespannt) werden Elektronen von der N-Seite in den Verarmungsbereich injiziert. Sie werden vom elektrischen Feld über den Verarmungsbereich gespült und in den quasi-neutralen Bereich der P-Seite injiziert:

Aufgrund dieser Injektion wird die Elektronenkonzentration nahe dem Rand des Verarmungsbereichs auf der P-Seite dramatisch erhöht. Im quasi-neutralen Bereich gibt es kein elektrisches Nettofeld, das diese Elektronen mehr beeinflussen könnte, sie diffundieren jedoch aufgrund von Konzentrationsgradienten weiter vom Verarmungsbereich weg.

Während sie durch die quasi neutrale P-Seite diffundieren, haben überschüssige Elektronen die Möglichkeit, ein Loch zu "treffen" und eine Rekombination durchzuführen. Das Loch ist nur ein leerer Elektronenzustand eines Atoms oder Ions - ja, die Rekombination kann entweder das Akzeptoratom ionisieren oder ein ionisiertes Siliziumatom neutralisieren. Wir sagen "Elektron rekombiniert mit Loch", aber in Wirklichkeit ist das Elektron nur an der freien Stelle im Gitter gefangen.

Wie auch immer, es scheint, dass dieser Prozess zu einem Verlust von Mobilfunkanbietern führt und Ihre Frage lautet: "Wenn die Mobilfunkanbieter verloren gehen, wie wird der Strom aufrechterhalten?". Habe ich recht?

Die Antwort:

Sie vergessen die Ladungserhaltung: Wenn die Elektronen, die in den P-Bereich injiziert werden, mit den anfänglich dort vorhandenen Löchern rekombinieren würden, würde die negative Ladung auf der P-Seite netto zunehmen. Dieser Mechanismus kann keinen stationären Strom aufrechterhalten, der durch die Diode fließt.

Was passiert ist, dass für jedes Loch, das mit überschüssigem Elektron auf der P-Seite rekombiniert, ein zusätzliches Loch vorhanden ist, das vom P-seitigen Metallkontakt zugeführt wird. Dies bedeutet, dass es einen Diffusionsstrom von Elektronen gibt, der von der N-Seite geliefert wird, aber es gibt auch einen Strom von Löchern, der die Rekombination kompensiert, die von dem P-seitigen Kontakt geliefert wird (ich sage "P-seitiger Kontakt", aber Es ist ein Netzteil, das für die Stromversorgung verantwortlich ist.

Die Stromdichten sind:

In den obigen Diagrammen können Sie sehen, dass die Summe aus Elektronenstrom und Lochstrom in der gesamten Diode konstant ist. Dies bedeutet, dass Löcher, die bei der Rekombination verloren gehen, durch den Strom aus dem P-seitigen Metallkontakt kompensiert werden - die Nettoladungsdichte bleibt im quasi-neutralen P-Bereich (neutral) gleich und die Menge an freien Ladungsträgern bleibt gleich.

Zusammenfassend:

Im stationären Vorwärtsvorspannung:

• Die Stromdichte ist im gesamten Gerät konstant
• Die Ladungsneutralität bleibt in quasi neutralen Regionen erhalten

Aus Wikipedia :

Wenn N-dotierte und P-dotierte Halbleiterstücke zusammengelegt werden, um einen Übergang zu bilden, bewegen sich Elektronen zur P-Seite und Löcher zur N-Seite. Der Abgang eines Elektrons von der N-Seite zur P-Seite hinterlässt ein positives Donorion auf der N-Seite, und ebenso hinterlässt das Loch ein negatives Akzeptorion auf der P-Seite.

[Während dieser Übertragung, wenn] die ... Elektronen [mit] den [Löchern] in Kontakt kommen, [werden] sie durch Rekombination eliminiert. [Ähnlich im Fall] der [N] Seite. Das Nettoergebnis ist, dass das diffuse Elektron und die Löcher verschwunden sind und die geladenen Ionen neben der Grenzfläche in einem Bereich verbleiben, der als "Verarmungsschicht" bezeichnet wird.

Der Rest der Ionen ist für das elektrische Feld verantwortlich