_ بخش دیود سیگنال «دیود پَسیو شده شیشه ‌ای»

(ظرفیت انتقال و ظرفیت انتشار) در دیود سیگنال (Signal Diode) 

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)



هنگامی که دیود های سیگنال را از زاویه ظرفیت آنالیز می کنیم، همین قیاس با دیود ها کار می کند. ظرفیت انتقال زمانی حاصل می شود که اتصال pn دیود را معکوس کنیم. این بدان معنی است که شارژها در لایه تخلیه دیود ذخیره می شود.این یکی از دو نوع ظرفیت دیود است. ویژگی ها و خواص آن مستقیماً بر اساس ظرفیت خازن ها است. می دانیم که خازن ها بارها را به شکل میدان الکتریکی ذخیره می کنند. آنها قادر به انجام این کار با استفاده از دو صفحه رسانا هستند که نزدیک به یکدیگر قرار گرفته اند و توسط یک ماده دی الکتریک از هم جدا شده اند.از آنجایی که این دو صفحه رسانای خوبی برای الکتریسیته هستند، اجازه می دهند جریان بدون هیچ مقاومتی از آنها عبور کند. این واقعیت که ماده دی الکتریک یک رسانای 100٪ نیست به این معنی است که الکترون ها نمی توانند از طریق آن نفوذ کنند. با این حال، آنها تمایل دارند اجازه دهند مقداری جریان از طریق آنها نشت کند. این ویژگی به آنها اجازه می دهد تا در هنگام اتصال خازن به منبع ولتاژ، حجم قابل توجهی از الکترون ها را ذخیره کنند. همچنین ظرفیت خازنی با توجه به اندازه صفحات و فاصله بین آنها تعیین خواهد شد.این لایه از یون های منفی و مثبت ساکن تشکیل شده است که حاوی حامل های بار هستند. هنگام بایاس معکوس، مقاومت کمی در مناطق نوع p و نوع n وجود دارد. این بدان معنی است که هر دو ناحیه نوع p و نوع n رسانای خوبی برای جریان الکتریکی خواهند بود. با این حال، مقاومت بالایی در لایه تخلیه دیود وجود خواهد داشت. این بدان معنی است که اتصال به عنوان یک ماده دی الکتریک عمل می کند و از این رو ظرفیت کامل برای ذخیره بارهای الکتریکی را دارد.در لایه های تخلیه، به دلیل مقاومت بالای آن، حداقل حرکت الکترون های مثبت و منفی وجود خواهد داشت. این ویژگی الکتریکی بارهای الکتریکی را در منطقه ذخیره می کند. این همان چیزی است که ما به آن ظرفیت انتقال دیود سیگنال می گوییم.



هنگامی که دیود سیگنال را به یک منبع ولتاژ خارجی متصل کنید، الکترون ها حرکت می کنند که باعث حرکت تدریجی الکترون ها می شود. این باعث تغییر مستقیم در ظرفیت لایه تخلیه می شود.هنگامی که ولتاژ بایاس معکوس را در دیود افزایش می دهید، عرض لایه تخلیه یا اتصال pn نیز افزایش می یابد. با انجام این کار، اندازه هر دو ناحیه نوع p و نوع n کاهش می یابد.درست مانند خازن ها، ظرفیت یک دیود به ظرفیت ذخیره انرژی آن بستگی دارد. این بدان معناست که وقتی اتصال pn باریک باشد، نواحی نوع p و نوع n ضخیم‌تر خواهند بود و از این رو ظرفیت بالایی دارند. از طرف دیگر، هرچه لایه تخلیه گسترده تر باشد به این معنی است که دیود ظرفیت کمی خواهد داشت. 



افزایش ولتاژ تغذیه در یک دیود سیگنال و حالت اتصال pn بایاس معکوس، ظرفیت آن را کاهش می دهد.توجه داشته باشید که ظرفیت انتقال دیود حتی در شرایط بایاس رو به جلو همچنان وجود دارد، فقط به طور قابل توجهی کوچک است. به همین دلیل است که توجه کامل به سوگیری معکوس داده می شود.این نوع دوم ظرفیت دیود سیگنال است. اصل کار آن برخلاف خازن انتقال دیود است. ظرفیت انتشار زمانی کار می کند که دیود بایاس رو به جلو باشد. به این ترتیب، قادر خواهد بود حداکثر بارهای الکتریکی را ذخیره کند که به همین دلیل ظرفیت ذخیره سازی (Cd) نامیده می شود. همچنین ظرفیت خازنی بزرگتری نسبت به ظرفیت دیود انتقالی دارد.ظرفیت دیود دیفیوژن به دلیل وجود حفره ها و الکترون ها در نزدیکی لایه تخلیه دیود است. در ظرفیت دیود انتقالی، ذخیره بارها به دلیل وجود الکترون ها و حفره ها در مناطق نوع p و نوع n است.هنگامی که دیود در حالت بایاس رو به جلو به مدار متصل می شود، الکترون هایی که در ناحیه نوع n هستند شروع به حرکت به سمت ناحیه نوع p می کنند، جایی که با حفره ها ترکیب می شوند. به طور مشابه، سوراخ‌ها در ناحیه نوع p به سمت ناحیه نوع n حرکت خواهند کرد. ترکیب حفره ها و الکترون ها باعث کاهش عرض لایه تخلیه می شود.همانطور که اندازه لایه تخلیه به حداقل می رسد، الکترون ها به ناحیه نوع p وارد می شوند که در آنجا به حامل های بار اقلیت تبدیل می شوند. هنگامی که سوراخ ها به مناطق نوع n حرکت می کنند، به حامل های بار اَقَلیت نیز تبدیل می شوند.تعداد قابل توجهی از حامل‌هایی که سعی در حرکت به مناطق مخالف دارند، در نزدیکی لایه تخلیه دوباره ترکیب می‌شوند، این بدان معناست که در پایان فرآیند، هر دو ناحیه نوع n و نوع p حامل‌های بار کافی خواهند داشت. لایه تخلیه مانند یک ماده دی الکتریک عمل می کند، درست مانند خازن ها. از آنجایی که این دیود در حالت بایاس رو به جلو کار می کند، تا زمانی که ولتاژ تغذیه وجود داشته باشد، عرض لایه تخلیه کاهش می یابد. این به نوبه خود باعث افزایش ظرفیت دیود می شود.


پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)

دکترایِ  تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک