Wat is een verzadigingsstroom in een diode?

In een diode is de verzadigingsstroom, vaak aangeduid als ISI_SIS​, de kleine tegenstroom die door de diode vloeit wanneer deze in tegengestelde richting is voorgespannen. Deze stroom is het gevolg van de thermische generatie van elektronen-gatparen in het halfgeleidermateriaal. Wanneer de diode in sperrichting is ingesteld, worden de meerderheidsdraaggolven uit het uitputtingsgebied geveegd, waardoor een kleine lekstroom achterblijft die bestaat uit minderheidsdraaggolven. Deze lekstroom, die zeer klein van omvang is, vormt de verzadigingsstroom.

Verzadigingsstroom bestaat vanwege de intrinsieke eigenschappen van het halfgeleidermateriaal dat wordt gebruikt om de diode te vervaardigen. Zelfs als de diode in tegengestelde richting is ingesteld, zorgt thermische energie ervoor dat sommige elektronen en gaten loskomen van hun atomen en minderheidsdragers worden. Deze dragers kunnen de kruising oversteken, wat resulteert in een kleine, constante stroom. Deze stroom is niet afhankelijk van de sperspanning, maar eerder van de temperatuur en materiaaleigenschappen van de diode.

Om de verzadigingsstroom van een diode te vinden, kan men het datablad van de diode raadplegen, waar doorgaans de ISI_SIS-waarde vermeld staat. Als alternatief kan de verzadigingsstroom experimenteel worden bepaald door de tegenstroom te meten bij een bekende sperspanning, ruim onder de doorslagspanning, en te extrapoleren naar de toestand waarin de spanning naar nul neigt. Dit proces omvat het aanpassen van de stroom-spanningskarakteristieken van de diode aan de Shockley-diodevergelijking en het extraheren van de verzadigingsstroomparameter.

De verzadigingsstroom van een diode bij kamertemperatuur varieert afhankelijk van het type diode en zijn materiaaleigenschappen. Voor siliciumdiodes ligt de verzadigingsstroom doorgaans in het bereik van nanoampère (nA) tot picoampère (pA). Een typische siliciumdiode zou bijvoorbeeld een verzadigingsstroom in de orde van 10 nA kunnen hebben bij kamertemperatuur. Deze waarde kan aanzienlijk verschillen voor diodes gemaakt van andere materialen, zoals germanium of galliumarsenide, die verschillende intrinsieke dragerconcentraties en thermische eigenschappen hebben.

Het huidige verzadigingspunt in een diode verwijst naar de toestand waarin de diodestroom niet langer lineair toeneemt met de aangelegde spanning in het voorwaartse voorspanningsgebied, maar exponentieel begint toe te nemen. Dit punt wordt doorgaans gekenmerkt door het begin van aanzienlijke voorwaartse geleiding, waarbij de diodespanning voldoende is om de ingebouwde potentiaalbarrière van de pn-overgang te overwinnen. In praktische termen gebeurt dit wanneer de voorwaartse spanning ongeveer 0,7 V bereikt voor siliciumdiodes en ongeveer 0,3 V voor germaniumdiodes. Voorbij dit punt neemt de stroom snel toe met een kleine toename van de spanning, wat leidt tot de karakteristieke exponentiële IV-curve van de diode.