Почему температура изменяет характеристики диода?

Полупроводники работают в целом, потому что тепловая энергия поднимает некоторое количество электронов из их «основных состояний», где они связаны с определенным ядром, в зону проводимости, где они могут свободно перемещаться. Количество электронов в зоне проводимости сильно зависит от температуры, но оно также зависит от относительных уровней легирования в различных частях полупроводникового устройства.

Относительные уровни заполнения зоны проводимости определяют электрические характеристики устройства. От того, растет ли одна популяция быстрее или медленнее, чем другая в отношении температуры, может зависеть наличие положительного или отрицательного температурного коэффициента в электрических характеристиках.

Хорошо, здесь много вещей. Позвольте мне просто быстро определить несколько вещей для вас. Я предполагаю некоторые базовые знания, поскольку вы упомянули уравнение Шокли.

Диод формируется путем соединения кусков полупроводника n-типа и p-типа. Это приводит к диффузии электронов и дырок, что создает ток. В результате образуется область пространственного заряда (ОПЗ). Область пространственного заряда создает электрическое поле, которое создает дрейфовый ток, компенсирующий диффузионный ток. Следовательно, при тепловом равновесии ток отсутствует.

Стабилитрон зависит от квантового туннелирования. Это означает, что напряжение пробоя достигается, когда край валентной зоны p-области поднимается над краем зоны проводимости n-области. Это позволяет электронам в валентной зоне p-типа туннелировать в зону проводимости области n-типа. Это создает ток.

Лавинный диод (это не обычный диод, это лавинный диод) зависит от лавинного эффекта. Когда поле SCR превышает определенную величину (известную как критическое поле), электроны разгоняются до очень высоких скоростей и начинают выбивать другие электроны в зону проводимости. Это создает огромный ток. Обратите внимание на разницу в принципе работы стабилитрона и лавинного диода.

Хорошо, теперь по вопросам.

Этот анализ упрощен, но должен быть достаточно хорошим. В обычном диоде при повышении температуры концентрация носителей сильно возрастает. Это влияет на диффузионный ток лишь минимально, так как рост примерно одинаков с обеих сторон, поэтому мы можем приблизить диффузионный ток к постоянному при небольшом повышении температуры. Однако дрейфовый ток увеличивается пропорционально концентрации носителей, поэтому дрейфовый ток значительно возрастает. Это означает, что в ОПЗ требуется меньшее электрическое поле для компенсации диффузионного тока. Из-за этого меньшего электрического поля напряжение включения диода уменьшается.

В стабилитроне при повышении температуры энергия электронов увеличивается. Следовательно, вероятность туннелирования увеличивается, а обратное напряжение пробоя падает. (не совсем уверен в этом, но кажется правдоподобным)

В лавинном диоде, когда температура выше, встроенное поле падает согласно предыдущему объяснению. Следовательно, для достижения критического поля требуется большее приложенное напряжение, и поэтому напряжение пробоя увеличивается.

Прямое смещение диода PN-перехода:

При повышении температуры увеличивается собственная концентрация носителей заряда. Это приближает уровень Ферми к собственному уровню Ферми (середина запрещенной зоны). Поскольку встроенный потенциал диода определяется разницей уровней Ферми в p- и n-областях, уровень Ферми в каждой области смещается ближе к середине щели, а встроенный потенциал уменьшается.

Обратное смещение:

Внутренняя концентрация будет увеличиваться с повышением температуры, и, следовательно, заряды неосновных компонентов будут увеличиваться с повышением температуры. Обратный ток зависит от неосновных носителей. Следовательно, по мере увеличения числа неосновных носителей заряда обратный ток также будет увеличиваться с температурой.

потому что они сделаны из полупроводниковых материалов. При низкой температуре полупроводник не проводит ток, но с повышением температуры его проводимость также увеличивается. Вот откуда берутся названия, не проводник, не изолятор, а нечто среднее, называемое полупроводником.

Другими словами, когда вы повышаете температуру материала, движение электронов внутри материала также увеличивается, что увеличивает вероятность проводимости.