PN જંક્શન ડાયોડ

PN જંક્શન ડાયોડ શું છે?#

PN જંક્શન ડાયોડ એક સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ છે જે વિદ્યુત પ્રવાહને માત્ર એક દિશામાં વહેવા દે છે. તે વિરોધી પ્રકારના ડોપિંગ સાથે સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના બે ટુકડાઓને જોડીને બનાવવામાં આવે છે. P-પ્રકારની સામગ્રીમાં બહુમતી હોલ્સ હોય છે, જ્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાં બહુમતી ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.

જ્યારે બે સામગ્રીઓ જોડવામાં આવે છે, ત્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી ઇલેક્ટ્રોન P-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે, અને P-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી હોલ્સ N-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે. આ જંક્શનની આસપાસ ડિપ્લેશનનો પ્રદેશ અથવા સ્પેસ ચાર્જ બનાવે છે.

ડિપ્લેશન પ્રદેશ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તે વિદ્યુત પ્રવાહને વિપરીત દિશામાં વહેતો અટકાવે છે. જ્યારે P-પ્રકારની સામગ્રી પર પોઝિટિવ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે અને N-પ્રકારની સામગ્રી પર નેગેટિવ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ડિપ્લેશન પ્રદેશ પહોળો થાય છે અને ડાયોડને રિવર્સ બાયસ્ડ કહેવામાં આવે છે. આ સ્થિતિમાં, ડાયોડ દ્વારા ખૂબ જ ઓછો પ્રવાહ વહે છે.

જો કે, જ્યારે N-પ્રકારની સામગ્રી પર પોઝિટિવ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે અને P-પ્રકારની સામગ્રી પર નેગેટિવ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ડિપ્લેશન પ્રદેશ સાંકડો થાય છે અને ડાયોડને ફોરવર્ડ બાયસ્ડ કહેવામાં આવે છે. આ સ્થિતિમાં, N-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી ઇલેક્ટ્રોન સરળતાથી P-પ્રકારની સામગ્રીમાં વહેવા માંડે છે, અને P-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી હોલ્સ સરળતાથી N-પ્રકારની સામગ્રીમાં વહેવા માંડે છે. આ ડાયોડ દ્વારા વિદ્યુત પ્રવાહને વહેવા દે છે.

PN જંક્શન ડાયોડની રચના#

PN જંક્શન ડાયોડ એક સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ છે જે વિરોધી પ્રકારના ડોપિંગ સાથે સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના બે ટુકડાઓને જોડીને બનાવવામાં આવે છે. P-પ્રકારની સામગ્રીમાં બહુમતી હોલ્સ હોય છે, જ્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાં બહુમતી ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. જ્યારે બે સામગ્રીઓ જોડવામાં આવે છે, ત્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી ઇલેક્ટ્રોન P-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે, અને P-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી હોલ્સ N-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે. આ જંક્શનની આસપાસ ડિપ્લેશનનો પ્રદેશ અથવા સ્પેસ ચાર્જ બનાવે છે.

ડિપ્લેશન પ્રદેશ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તે ઇલેક્ટ્રોન અને હોલ્સને પુનઃસંયોજિત થતા અટકાવે છે. આનો અર્થ એ છે કે ડાયોડ માત્ર એક દિશામાં, P-પ્રકારની સામગ્રીથી N-પ્રકારની સામગ્રી તરફ, પ્રવાહ વહન કરી શકે છે.

PN જંક્શન ડાયોડની રચનામાં સામેલ પગલાઓ:#

1. પ્રારંભિક સામગ્રી:

• P-પ્રકારની સેમિકન્ડક્ટર વેફર
• N-પ્રકારની સેમિકન્ડક્ટર વેફર

2. એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ:

• એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ નામની પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને P-પ્રકારની વેફર પર N-પ્રકારની સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીની પાતળી સ્તર જમા કરવામાં આવે છે.

3. ડિફ્યુઝન:

• N-પ્રકારની સ્તરને પછી ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે, જેના કારણે ડોપન્ટ અણુઓ P-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે.
• આ ડોપન્ટ અણુઓનો સાંદ્રતા ઢાળ બનાવે છે, જેમાં સપાટીની નજીક વધુ સાંદ્રતા અને સામગ્રીની ઊંડાઈમાં ઓછી સાંદ્રતા હોય છે.

4. જંક્શન રચના:

• ડિફ્યુઝન પ્રક્રિયા એક પ્રદેશ બનાવે છે જ્યાં P-પ્રકાર અને N-પ્રકારની સામગ્રીઓ મળે છે, જે PN જંક્શન બનાવે છે.
• આ જંક્શન પર, દરેક બાજુના બહુમતી વાહકો જંક્શન પાર ફેલાય છે અને પુનઃસંયોજિત થાય છે, જે ડિપ્લેશન પ્રદેશ બનાવે છે.

5. મેટલ કોન્ટેક્ટ્સ:

• P-પ્રકાર અને N-પ્રકાર બાજુઓ પર મેટલ સ્તરો જમા કરીને ઓહ્મિક કોન્ટેક્ટ્સ બનાવવામાં આવે છે.
• આ મેટલ કોન્ટેક્ટ્સ ડાયોડ સાથે વિદ્યુત જોડાણ પૂરા પાડે છે.

6. એનકેપ્સ્યુલેશન:

• પછી ડાયોડને પ્લાસ્ટિક અથવા સિરામિક જેવી રક્ષણાત્મક સામગ્રીમાં એનકેપ્સ્યુલેટ કરવામાં આવે છે, જેથી તે પર્યાવરણથી સુરક્ષિત રહે.

PN જંક્શન ડાયોડની બાયસિંગ સ્થિતિઓ#

PN જંક્શન ડાયોડ એક સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ છે જે વિદ્યુત પ્રવાહને માત્ર એક દિશામાં વહેવા દે છે. આ ડાયોડના નિર્માણમાં ઉપયોગમાં લેવાતી વિવિધ પ્રકારની સામગ્રીઓને કારણે છે. P-પ્રકારની સામગ્રીમાં બહુમતી હોલ્સ હોય છે, જ્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાં બહુમતી ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. જ્યારે આ બે સામગ્રીઓ સંપર્કમાં લાવવામાં આવે છે, ત્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી ઇલેક્ટ્રોન P-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે, અને P-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી હોલ્સ N-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે. આ જંક્શનની આસપાસ ડિપ્લેશનનો પ્રદેશ અથવા સ્પેસ ચાર્જ બનાવે છે.

ડિપ્લેશન પ્રદેશની પહોળાઈ ડાયોડ પર લાગુ કરવામાં આવેલ વોલ્ટેજ પર આધારિત છે. જ્યારે કોઈ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવતું નથી, ત્યારે ડિપ્લેશન પ્રદેશ ખૂબ જ સાંકડો હોય છે. જેમ જેમ વોલ્ટેજ વધારવામાં આવે છે, ડિપ્લેશન પ્રદેશ પહોળો થાય છે. આ એટલા માટે કારણ કે વોલ્ટેજ દ્વારા બનાવેલ ઇલેક્ટ્રિક ફીલ્ડ ઇલેક્ટ્રોન અને હોલ્સને જંક્શનથી દૂર ધકેલે છે.

PN જંક્શન ડાયોડની બાયસિંગ સ્થિતિઓ ડાયોડ પર વોલ્ટેજ લાગુ કરવાની વિવિધ રીતોનો સંદર્ભ આપે છે. ત્રણ મુખ્ય બાયસિંગ સ્થિતિઓ છે:

• ફોરવર્ડ બાયસ: ફોરવર્ડ બાયસમાં, વોલ્ટેજ સ્ત્રોતનો પોઝિટિવ ટર્મિનલ P-પ્રકારની સામગ્રી સાથે જોડવામાં આવે છે, અને નેગેટિવ ટર્મિનલ N-પ્રકારની સામગ્રી સાથે જોડવામાં આવે છે. આના કારણે ડિપ્લેશન પ્રદેશ સાંકડો થાય છે, અને ડાયોડ દ્વારા પ્રવાહ સરળતાથી વહે છે.
• રિવર્સ બાયસ: રિવર્સ બાયસમાં, વોલ્ટેજ સ્ત્રોતનો પોઝિટિવ ટર્મિનલ N-પ્રકારની સામગ્રી સાથે જોડવામાં આવે છે, અને નેગેટિવ ટર્મિનલ P-પ્રકારની સામગ્રી સાથે જોડવામાં આવે છે. આના કારણે ડિપ્લેશન પ્રદેશ પહોળો થાય છે, અને ડાયોડ દ્વારા પ્રવાહ વહેતો નથી.
• ઝીરો બાયસ: ઝીરો બાયસમાં, ડાયોડ પર કોઈ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવતું નથી. ડિપ્લેશન પ્રદેશ ખૂબ જ સાંકડો હોય છે, અને ડાયોડ દ્વારા થોડો પ્રવાહ વહે છે.

PN જંક્શન ડાયોડની બાયસિંગ સ્થિતિઓનો તેના ઓપરેશન પર નોંધપાત્ર પ્રભાવ પડે છે. ફોરવર્ડ બાયસમાં, ડાયોડ કંડક્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે, જ્યારે રિવર્સ બાયસમાં, તે ઇન્સ્યુલેટર તરીકે કાર્ય કરે છે. આ PN જંક્શન ડાયોડને ખૂબ જ બહુમુખી ઉપકરણ બનાવે છે જેનો ઉપયોગ વિવિધ એપ્લિકેશનમાં થઈ શકે છે.

PN જંક્શન ફોર્મ્યુલા#

PN જંક્શન એક સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ છે જે વિરોધી પ્રકારના ડોપિંગ સાથે સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના બે ટુકડાઓને જોડીને બનાવવામાં આવે છે. N-પ્રકારની સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રોનની વધારે પડતી માત્રા હોય છે, જ્યારે P-પ્રકારની સામગ્રીમાં હોલ્સની વધારે પડતી માત્રા હોય છે. જ્યારે આ બે સામગ્રીઓ જોડવામાં આવે છે, ત્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી ઇલેક્ટ્રોન P-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે, અને P-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી હોલ્સ N-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે. આ જંક્શનની આસપાસ ડિપ્લેશનનો પ્રદેશ અથવા સ્પેસ ચાર્જ બનાવે છે.

ડિપ્લેશન પ્રદેશની પહોળાઈ N-પ્રકાર અને P-પ્રકાર સામગ્રીઓની ડોપિંગ સાંદ્રતા દ્વારા નક્કી થાય છે. ડોપિંગ સાંદ્રતા જેટલી વધારે હશે, ડિપ્લેશન પ્રદેશ એટલો જ સાંકડો હશે. ડિપ્લેશન પ્રદેશ લાગુ વોલ્ટેજથી પણ પ્રભાવિત થાય છે. જ્યારે રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ડિપ્લેશન પ્રદેશ પહોળો થાય છે, અને જ્યારે ફોરવર્ડ બાયસ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ડિપ્લેશન પ્રદેશ સાંકડો થાય છે.

PN જંક્શન ઘણા સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોનો મૂળભૂત બિલ્ડિંગ બ્લોક છે, જેમ કે ડાયોડ્સ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર્સ અને સોલર સેલ્સ. PN જંક્શનના ગુણધર્મો N-પ્રકાર અને P-પ્રકાર સામગ્રીઓની ડોપિંગ સાંદ્રતા તેમજ લાગુ વોલ્ટેજ દ્વારા નક્કી થાય છે.

PN જંક્શન ફોર્મ્યુલાનો ઉપયોગ PN જંક્શનમાં ડિપ્લેશન પ્રદેશની પહોળાઈની ગણતરી કરવા માટે થાય છે. ફોર્મ્યુલા છે:

$$W = \sqrt{\frac{2\varepsilon(V_{bi}+V_a)}{qN_aN_d}}$$

જ્યાં:

• W એ મીટરમાં ડિપ્લેશન પ્રદેશની પહોળાઈ છે
• ε એ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીની પરમિટિવિટી છે (ફેરાડ પ્રતિ મીટરમાં)
• V_bi એ PN જંક્શનનું બિલ્ટ-ઇન પોટેન્શિયલ છે (વોલ્ટમાં)
• V_a એ લાગુ વોલ્ટેજ છે (વોલ્ટમાં)
• q એ પ્રાથમિક ચાર્જ છે (કુલંબમાં)
• N_a એ P-પ્રકાર સામગ્રીની ડોપિંગ સાંદ્રતા છે (અણુ પ્રતિ ઘન મીટરમાં)
• N_d એ N-પ્રકાર સામગ્રીની ડોપિંગ સાંદ્રતા છે (અણુ પ્રતિ ઘન મીટરમાં)

PN જંક્શન ફોર્મ્યુલાનો ઉપયોગ ચોક્કસ ગુણધર્મો સાથે PN જંક્શન્સ ડિઝાઇન કરવા માટે થઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ડિપ્લેશન પ્રદેશની પહોળાઈ નિયંત્રિત કરવા માટે ડોપિંગ સાંદ્રતા સમાયોજિત કરી શકાય છે, અને PN જંક્શન દ્વારા પ્રવાહ પ્રવાહ નિયંત્રિત કરવા માટે લાગુ વોલ્ટેજનો ઉપયોગ થઈ શકે છે.

PN જંક્શનની V-I લાક્ષણિકતાઓ#

PN જંક્શન એક સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ છે જે વિરોધી પ્રકારના ડોપિંગ સાથે સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના બે ટુકડાઓને જોડીને બનાવવામાં આવે છે. P-પ્રકારની સામગ્રીમાં બહુમતી હોલ્સ હોય છે, જ્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાં બહુમતી ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. જ્યારે બે સામગ્રીઓ જોડવામાં આવે છે, ત્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી ઇલેક્ટ્રોન P-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે, અને P-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી હોલ્સ N-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે. આ જંક્શનની આસપાસ ડિપ્લેશનનો પ્રદેશ અથવા સ્પેસ ચાર્જ બનાવે છે.

PN જંક્શનની V-I લાક્ષણિકતાઓ લાગુ વોલ્ટેજ અને તાપમાન દ્વારા નક્કી થાય છે. જ્યારે જંક્શન પર ફોરવર્ડ બાયસ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ડિપ્લેશન પ્રદેશ સાંકડો થાય છે અને પ્રવાહ વધે છે. જ્યારે રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ડિપ્લેશન પ્રદેશ પહોળો થાય છે અને પ્રવાહ ઘટે છે.

ફોરવર્ડ બાયસ#

જ્યારે PN જંક્શન પર ફોરવર્ડ બાયસ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે વોલ્ટેજ સ્ત્રોતનો પોઝિટિવ ટર્મિનલ P-પ્રકારની સામગ્રી સાથે જોડવામાં આવે છે અને નેગેટિવ ટર્મિનલ N-પ્રકારની સામગ્રી સાથે જોડવામાં આવે છે. આના કારણે N-પ્રકારની સામગ્રીમાંના ઇલેક્ટ્રોન પોઝિટિવ ટર્મિનલ તરફ આકર્ષાય છે, અને P-પ્રકારની સામગ્રીમાંના હોલ્સ નેગેટિવ ટર્મિનલ તરફ આકર્ષાય છે. ઇલેક્ટ્રોન અને હોલ્સ ડિપ્લેશન પ્રદેશમાં પુનઃસંયોજિત થાય છે, જે પ્રવાહ બનાવે છે.

ફોરવર્ડ બાયસ પ્રવાહ લાગુ વોલ્ટેજ અને તાપમાન દ્વારા નક્કી થાય છે. વોલ્ટેજ જેટલું વધારે, પ્રવાહ એટલો વધારે. તાપમાન જેટલું વધારે, પ્રવાહ એટલો ઓછો.

રિવર્સ બાયસ#

જ્યારે PN જંક્શન પર રિવર્સ બાયસ વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે વોલ્ટેજ સ્ત્રોતનો પોઝિટિવ ટર્મિનલ N-પ્રકારની સામગ્રી સાથે જોડવામાં આવે છે અને નેગેટિવ ટર્મિનલ P-પ્રકારની સામગ્રી સાથે જોડવામાં આવે છે. આના કારણે N-પ્રકારની સામગ્રીમાંના ઇલેક્ટ્રોન પોઝિટિવ ટર્મિનલથી વિખૂટા પડે છે, અને P-પ્રકારની સામગ્રીમાંના હોલ્સ નેગેટિવ ટર્મિનલથી વિખૂટા પડે છે. ડિપ્લેશન પ્રદેશ પહોળો થાય છે, અને પ્રવાહ ઘટે છે.

રિવર્સ બાયસ પ્રવાહ ખૂબ જ ઓછો હોય છે, અને તે જંક્શનના લીકેજ પ્રવાહ દ્વારા નક્કી થાય છે. લીકેજ પ્રવાહ ડિપ્લેશન પ્રદેશમાં ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જોડીઓના થર્મલ જનરેશનને કારણે થાય છે.

PN જંક્શન ડાયોડ અને ઝેનર ડાયોડ વચ્ચેનો તફાવત#

PN જંક્શન ડાયોડ

PN જંક્શન ડાયોડ એક સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ છે જે વિદ્યુત પ્રવાહને માત્ર એક દિશામાં વહેવા દે છે. તે વિરોધી પ્રકારના ડોપિંગ સાથે સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના બે ટુકડાઓને જોડીને બનાવવામાં આવે છે. N-પ્રકારની સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રોનની વધારે પડતી માત્રા હોય છે, જ્યારે P-પ્રકારની સામગ્રીમાં હોલ્સની વધારે પડતી માત્રા હોય છે. જ્યારે બે સામગ્રીઓ જોડવામાં આવે છે, ત્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી ઇલેક્ટ્રોન P-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે, અને P-પ્રકારની સામગ્રીમાંથી હોલ્સ N-પ્રકારની સામગ્રીમાં ફેલાય છે. આ જંક્શનની આસપાસ ડિપ્લેશનનો પ્રદેશ અથવા સ્પેસ ચાર્જ બનાવે છે.

જ્યારે ડાયોડ પર વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે N-પ્રકારની સામગ્રીમાંના ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટેજ સ્ત્રોતના પોઝિટિવ ટર્મિનલ તરફ આકર્ષાય છે, અને P-પ્રકારની સામગ્રીમાંના હોલ્સ નેગેટિવ ટર્મિનલ તરફ આકર્ષાય છે. આના કારણે ડાયોડ દ્વારા પ્રવાહ વહે છે. જો કે, જો વોલ્ટેજ ઉલટાવવામાં આવે, તો ઇલેક્ટ્રોન અને હોલ્સ વોલ્ટેજ સ્ત્રોતના ટર્મિનલથી વિખૂટા પડે છે, અને કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી.

ઝેનર ડાયોડ

ઝેનર ડાયોડ એ PN જંક્શન ડાયોડનો એક પ્રકાર છે જેનું રિવર્સ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ ખૂબ જ તીક્ષ્ણ હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે જ્યારે રિવર્સ વોલ્ટેજ ચોક્કસ મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, ત્યારે ડાયોડ અચાનક પ્રવાહ વહન કરવાનું શરૂ કરે છે. ઝેનર ડાયોડનું રિવર્સ બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ N-પ્રકાર અને P-પ્રકાર સામગ્રીઓની ડોપિંગ સ