TIẾP GIÁP P-N VÀ DIODE BÁN DẪN

2.1. TIẾP XÚC ĐIỆN TỬ - LỖ TRỐNG (P-N)

2.1.1. Trạng thái cân bằng động

• Sự hình thành: Khi ghép hai miếng bán dẫn P và N lại với nhau, tại mặt tiếp xúc xảy ra hiện tượng khuếch tán: Electron từ vùng N sang vùng P và Lỗ trống từ vùng P sang vùng N.

• Vùng nghèo (Depletion Region): Kết quả của sự tái hợp tại mặt tiếp xúc tạo ra một vùng thiếu hụt hạt dẫn tự do nhưng tích điện: bên N tích điện dương (ion Donor), bên P tích điện âm (ion Acceptor).

• Hàng rào điện thế ($V_B$): Điện trường nội tại ngăn cản sự khuếch tán tiếp tục. Ở trạng thái cân bằng, dòng khuếch tán bằng dòng trôi, dòng tổng cộng bằng 0.

  • Với Silic (Si): $V_B \approx 0.6V - 0.7V$.

  • Với Germani (Ge): $V_B \approx 0.2V - 0.3V$.

2.1.2. Phân cực thuận cho tiếp xúc P-N

• Cách mắc: Cực dương (+) nguồn ngoài nối vào vùng P (Anode), cực âm (-) nối vào vùng N (Cathode).

• Hiện tượng: Điện trường ngoài ngược chiều điện trường nội tại $\rightarrow$ Vùng nghèo bị thu hẹp lại.

• Kết quả: Khi điện áp ngoài $V > V_B$, hạt dẫn có đủ năng lượng vượt qua hàng rào điện thế, tạo ra dòng điện lớn chạy qua tiếp giáp.

2.1.3. Tiếp xúc P-N khi phân cực ngược

• Cách mắc: Cực dương (+) nối vào vùng N, cực âm (-) nối vào vùng P.

• Hiện tượng: Điện trường ngoài cùng chiều điện trường nội tại $\rightarrow$ Hút các hạt dẫn đa số ra xa mặt tiếp xúc $\rightarrow$ Vùng nghèo mở rộng ra.

• Kết quả: Chỉ có một dòng điện cực nhỏ do các hạt dẫn thiểu số tạo ra (dòng rò $I_S$), coi như mạch hở.

2.2. ĐẶC TUYẾN VÔN - AMPE (V-A) CỦA TIẾP XÚC P-N

Đặc tuyến V-A là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện qua tiếp giáp ($I$) và điện áp đặt vào ($V$).

1. Nhánh thuận: Dòng điện tăng theo hàm mũ khi $V > V_{threshold}$.

2. Nhánh ngược: Dòng điện rất nhỏ và không đổi ($I_S$).

3. Vùng đánh thủng (Breakdown): Khi điện áp ngược quá lớn ($V_R > V_{BR}$), dòng điện ngược tăng đột ngột, linh kiện có thể bị hỏng do nhiệt (trừ Diode Zener).

2.3. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA DIODE

2.3.1. Các thông số giới hạn (Maximum Ratings)

Đây là các thông số mà nếu vượt quá, Diode sẽ bị hỏng vĩnh viễn:

• $V_{RRM}$ (Peak Repetitive Reverse Voltage): Điện áp ngược cực đại lặp lại.

• $I_{F(AV)}$ (Forward Current): Dòng điện thuận cực đại trung bình.

• $T_{jmax}$: Nhiệt độ lớp tiếp giáp tối đa (thường 150°C - 175°C).

2.3.2. Các tham số định mức (Characteristics)

Thông số mô tả đặc tính làm việc:

• $V_F$ (Forward Voltage Drop): Sụt áp thuận khi Diode dẫn (thường là 0.7V với Si).

• $I_R$ (Reverse Leakage Current): Dòng rò ngược (thường đơn vị $\mu A$ hoặc $nA$).

• $C_j$ (Junction Capacitance): Điện dung tiếp giáp (tụ điện ký sinh), ảnh hưởng đến tốc độ đóng cắt của Diode ở tần số cao.