Что такое диод?
Диод - простейшее полупроводниковое устройство. Вообще, полупроводник это материал с сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводника является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.
Рис 1. Когда на диоде нет напряжения, электроны из полупроводника N-типа заполняют «дырки» в полупроводнике P-типа, создавая барьер между слоями, называемый p-n переходом.
В случае светодиодов, материал проводника чаще всего алюминий-галлий-арсенид. В чистом сплаве алюминия-галлия-арсенида все атомы идеально связаны со своими соседями, не оставляя свободных электронов и возможности проводить электрический ток. В материале с примесями, дополнительные атомы изменяют баланс, добавляя свободные электроны и создавая «дырки», притягивающие электроны. В этом случае увеличивается проводимость материала.
Полупроводник с избыточными электронами называется проводником N-типа, так как обладает избыточным отрицательным зарядом. В проводнике N-типа, свободные электроны движутся из отрицательно заряженных зон в положительно заряженные.
Рис. 2. Когда отрицательный конец цепи соединен с полупроводником N-типа, а отрицательный - с полупроводником P-типа, электроны и «дырки» начинают движение, и «переходная зона» исчезает.
Полупроводник с избыточным количеством «дырок» называется проводником P-типа, так как обладает избыточными положительно заряженными частями. Электроны могут перемещаться от «дырки» к «дырке», двигаясь от отрицательно заряженной области к положительно заряженной. В результате, «дырки» появляются сами собой, перемещаясь от положительно заряженной области к отрицательно заряженной.
Диод состоит из двух секций - полупроводников N-типа и P-типа, соединенных друг с другом, с электродами на двух концах. Такая схема проводит ток только в одном направлении. Когда на диоде нет напряжения, электроны из полупроводника N-типа заполняют «дырки» в полупроводнике P-типа, создавая барьер между слоями, называемый p-n переходом. В зоне p-n перехода полупроводниковый материал возвращается в свое оригинальное состояние - все «дырки» заполнены, и поэтому нет свободных электронов или свободных мест под них, и ток не может идти через полупроводник.
Чтобы избавиться от зоны p-n перехода, необходимо заставить электроны перемещаться из полупроводника N-типа в полупроводник P-типа, и «дырки» - в обратном направлении. Чтобы добиться этого, необходимо подсоединить полупроводник N-типа к отрицательно заряженному концу цепи, и полупроводник P-типа - к положительному соответственно. Свободные электроны из полупроводника N-типа уйдут по отрицательному электроду, и «дырки» в полупроводнике P-типа будут двигаться к положительному концу. Когда разность потенциалов достаточно высока, электроны из зоны p-n-перехода будут выбиты из своих «дырок», сама зона исчезнет и восстановится ток через диод. Если же пустить ток через диод в обратном направлении, то зона p-n-перехода лишь увеличится, и ток через диод не пойдет.
Взаимодействие электронов и «дырок» в рассматриваемом случае дает интересный побочный эффект - свечение!
