Pourquoi n'y a-t-il pas de différence de potentiel entre les diodes déconnectées?

Je sais que cette question a l'air stupide, car s'il y avait une différence potentielle, un courant serait créé lorsque les terminaux sont connectés entre eux et cela signifierait que l'énergie est venue de quelque part.

La raison pour laquelle je pose cette question est que, si je comprends bien la région d’appauvrissement et le potentiel intégré d’une diode, il semblerait que si vous connectiez un voltmètre à l’ensemble de la diode, il indiquerait la valeur du potentiel intégré.

Ceci est expliqué dans l'image ci-dessous:

Au début, les électrons passent du type n au type p car il y a une concentration plus élevée dans le type n, et les trous le sont également. Ceci s'appelle le courant de diffusion. Les premiers électrons et trous qui franchissent la limite pn sont ceux qui en sont les plus proches. ces porteurs se recombinent lorsqu'ils se rencontrent et ne sont plus porteurs. Cela signifie qu’il n’ya pas de zone d’appauvrissement près de la limite pn. comme les électrons ont quitté le matériau de type n et que les trous ont quitté le matériau de type p, il y a un surplus de charges positives et négatives sur les côtés n et p de la limite pn, respectivement. Cela provoque un champ électrique qui s'oppose au courant de diffusion et empêche ainsi plus d'électrons ou de trous de traverser la limite et de se combiner. En bref, seuls les électrons et les trous près de la limite se combinent, car après cela, il se forme un champ électrique qui empêche tout autre transporteur de se croiser. Le courant dû à ce champ électrique est appelé courant de dérive et, lorsqu'il est à l'équilibre, il est égal au courant de diffusion. Comme il existe un champ électrique à la limite (pointant de la charge positive à la charge négative), une tension est associée. C'est ce qu'on appelle le potentiel intégré.

Si vous échantillonnez le champ électrique en chaque point de la diode de gauche à droite, vous commencerez par 0 dans la région p car il y a un nombre égal de protons et d'électrons. En approchant de la région d'appauvrissement, vous verrez un petit champ électrique se diriger vers la région p, causé par les impuretés de l'accepteur qui ont maintenant un électron supplémentaire (en raison de la recombinaison) et ont donc maintenant une charge négative nette. La force de ce champ électrique augmentera à mesure que vous vous rapprocherez de la limite, puis disparaîtra à mesure que vous vous éloignez.

Ce champ électrique signifie qu'il y a une tension, comme le montre le graphique (d). Le côté p est à un potentiel arbitraire et le côté n à un potentiel supérieur à celui-ci car il existe un champ électrique entre eux. Cela signifie qu'il existe une différence potentielle dans la région d'épuisement; c'est ce qu'on appelle le potentiel intégré.

Mais pourquoi, quand je connecte un voltmètre sur toute la diode, ne vois-je pas ce potentiel?

Je pense que la réponse est relativement simple. Connaissez-vous le principe de fonctionnement d'une "diode Schottky" basée sur une jonction métal-semi-conducteur? Maintenant, que se passe-t-il si vous connectez un voltmètre (ou toute autre charge) à travers la diode? Vous créez deux jonctions Schottky qui compensent exactement la tension de diffusion à l'intérieur de la diode pn. Ainsi, aucune tension ne peut être mesurée. En d'autres termes: vous ne pouvez pas utiliser la tension de diffusion pour faire circuler un courant dans une charge externe.

Euh, le reste des réponses semble un peu louche et je suis tombé sur cette question, alors je vais tenter le coup.

Je pense que c'est à cause du fait que le niveau de Fermi devient discontinu sous biais. Je suis sûr que vous pouvez visualiser que le voltmètre mesure réellement à quel point les électrons et les trous veulent traverser la jonction. À l'équilibre thermique, les électrons et les trous n'ont pas l'intention de se déplacer à travers la jonction, la tension est donc à 0V. En d'autres termes, le voltmètre ne mesure en réalité que la différence de niveau de Fermi entre les 2 côtés.

Pour comprendre pourquoi cela se produit, vous devez savoir comment fonctionne un voltmètre. Plutôt que de mesurer littéralement la différence de niveau d'énergie d'un électron aux deux extrémités de la diode (ce qui serait génial), il ne fait que mesurer le courant traversant sa résistance élevée. Dans une diode à l'équilibre thermique, il n'y a pas de mouvement net de porteurs de charge, donc pas de courant. Pas de courant signifie pas de lecture de voltmètre.

Si vous aviez un voltmètre électrostatique avec une résistance beaucoup plus élevée que votre résistance en série DUT, ce qui est possible, mais la fuite de diode devrait être égale pour éviter la décharge du potentiel statique.

C'est une très belle question de curiosité! La même question m'est venue lorsque j'étais en deuxième année. Mais jusqu'à ce que je tombe sur les tensions de seuil dans les transistors et que la tension de jonction PN diminue, l'image est peu claire.

Vous avez absolument raison (dernier paragraphe), car il y a un changement de potentiel dû au champ électrique dans la région d'appauvrissement, le potentiel est plus élevé du côté de type n et le potentiel négatif du côté de type p, ce qui crée une différence de potentiel intrinsèque. . C'est pourquoi, pour permettre au courant de circuler dans la diode (jonction PN), un potentiel plus élevé des types P et N est nécessaire, de sorte que leur différence soit supérieure à la différence de potentiel intrinsèque qui est opposée à la tension appliquée aux bornes de la diode. . C'est ce que nous appelons une diode polarisée en direct! Je suis sûr que vous connaissez cette base. Passons maintenant à la vraie question ->

Si vous sondiez votre voltmètre numérique virtuel exactement aux deux limites d’appauvrissement, je suis sûr que vous verriez la différence de tension là-bas, mais c’est tout à fait impossible à faire avec le multimètre ordinaire. Je suis certain que les sociétés de semi-conducteurs disposent de sondes spéciales pour détecter ces différences de tension. Mais si vous deviez mesurer la diode déconnectée à partir de votre multimètre standard (la même chose est prise en compte lorsque vous simulez dans LTSPICE que le test est effectué aux extrémités de la diode et non de manière interne). En gros, votre graphique (D) a cette réponse elle-même. Le graphique montre qu'il n'y a pas de champ électrique aux deux extrémités de la diode. puisque le champ électrique est conservateur et que les deux extrémités de la diode (extrémités des matériaux de type P et N) sont sans charge et que les champs électriques aux extrémités sont annulés en raison de la diffusion, il en résulte qu'aucun champ électrique n'est présent après la fin de la région de diffusion, ce qui signifie que leur différence est également égale à 0 et que la différence de tension mesurée est égale à 0 V. J'espère que cela t'aides!

Donner à cette question un coup de feu. Il existe deux types de courants à une jonction PN. Les courants de diffusion sont causés par les porteurs qui descendent un gradient de densité de porteurs. Les courants de dérive sont causés par les porteurs qui descendent dans un champ électrique. Lorsqu'aucune polarisation n'est appliquée à une jonction pn isolée, le courant de diffusion déplace les porteurs à travers la région d'appauvrissement, en créant des charges de chaque côté de la région d'appauvrissement. Les charges accumulées créent un champ électrique à travers la région d'appauvrissement et ce champ électrique induit un courant dans la direction opposée. Le processus tend naturellement vers un équilibre dans lequel le courant de diffusion est exactement annulé par le courant de dérive. On pourrait modéliser cela comme deux sources de courant de valeur égale connectées de manière anti-parallèle.

La réponse est très simple. Le potentiel de barrière existe dans la région d’épuisement et non dans la diode; la région d’existence des lignes de champ électrique est donc limitée à la région d’épuisement.

Le multimètre utilisé est connecté aux bornes de la diode. Et il existe n et p régions entre la sonde multimètre et la région d'appauvrissement. Les régions n et p non biaisées agissent comme un isolant, de sorte qu'aucune ligne de champ n'est reçue par les sondes, de sorte qu'aucune tension n'est affichée en multimètre.

La réponse est simple: vous confondez le potentiel électrostatique avec le potentiel électrique. Ce que vous mesurez avec un voltmètre est une différence de potentiel électrique.

Le potentiel électrique comprend toutefois le potentiel chimique des porteurs de charge. Remarque: le potentiel chimique µ, ou plus précisément le gradient dégradé (µ) du potentiel chimique, est la "force motrice" de la diffusion.

Dans le cas d'une jonction PN, la diffusion nette des porteurs se produit jusqu'à ce que la différence de potentiel électrostatique entre les deux conducteurs soit égale à la différence de potentiel chimique entre les deux conducteurs. Comme les deux différences de potentiel ont des signes opposés, leur somme est égale à zéro -> il n’ya pas de différence de potentiel électrique à mesurer, malgré une différence non-nulle du potentiel électrostatique!

Bien qu'il existe une barrière potentielle au niveau du point de jonction pn, il est impossible d'envoyer du courant dans le circuit de sortie. En l'absence d'autres sources, le fil doit être chauffé. Les expériences montrent que cela ne se produit jamais. Sinon, la jonction devrait être cool car il n'y a pas de source externe.so créera une instabilité thermique.soit le courant doit être nul.le potentiel de contact du métal et du semi-conducteur neutralise la barrière de potentiel.Alors le type de cas ci-dessus se produit.