Joncțiunea PN

Diagrama unei joncțiuni pn, împreună cu tendința sarcinii electrice , a câmpului electric și a potențialului electric de -a lungul joncțiunii.

Termenul joncțiune pn indică interfața care separă părțile unui semiconductor supus diferitelor tipuri de dopaj .

Joncțiunea pn este compusă din două zone: una cu un exces de găuri (stratul p ) și una cu un exces de electroni (stratul n ). Excesele de electroni și găuri se obțin prin dopaj, cu diverse tehnici. Termenul de joncțiune se referă la regiunea în care se întâlnesc cele două tipuri de dopaj (P și N). Regiunea limită dintre blocurile de tip P și N-tip se numește zona / regiunea de încărcare spațială (sau epuizare) ; în acest volum, purtătorii , respectiv din partea p și din partea n , în fața gradientului puternic datorat diferitului tip de dopaj, difuzează în semiconductorul adiacent (generând un curent de difuzie), lăsând atomii ionizați ai dopanților necompensate, care la rândul lor vor genera o diferență de potențial, un câmp electric și, prin deplasarea purtătorilor, un curent de antrenare care se opune curentului de difuzie; diferența constantă de potențial generată de ionii materialului dopant se numește tensiune încorporată . Lățimea zonei de încărcare spațială depinde de dopaje și de fiecare parte este invers proporțională cu dopajul semiconductorului.

Deoarece sarcina electrică a ionilor negativi trebuie să o compenseze perfect pe cea a ionilor pozitivi, vom avea: $N_{A}\cdot W_{p}=N_{D}\cdot W_{n}$ ${\ displaystyle N_ {A} \ cdot W_ {p} = N_ {D} \ cdot W_ {n}}$ ${\ displaystyle N_ {A} \ cdot W_ {p} = N_ {D} \ cdot W_ {n}}$ unde este $N_{A}$ ${\ displaystyle N_ {A}}$ $N / A}$ Și $N_{D}$ ${\ displaystyle N_ {D}}$ ${\ displaystyle N_ {D}}$ sunt concentrațiile de atomi acceptori și donatori, $W_{p}$ ${\ displaystyle W_ {p}}$ ${\ displaystyle W_ {p}}$ Și $W_{n}$ ${\ displaystyle W_ {n}}$ ${\ displaystyle W_ {n}}$ extinderea regiunii de epuizare a zonei p și respectiv n.

Joncțiunea pn este baza dispozitivelor semiconductoare, cum ar fi dioda de joncțiune , tranzistorul , LED-ul și celula solară .

Descriere

Joncțiunea pn are câteva proprietăți interesante care sunt exploatate în electronica modernă. În particular, un strat neutru subțire este format numit stratul depleție unde un tip P dopaj abordări fără contact la un dopaj N-tip. Semiconductori dopate (ambele de tip N și P-tip) sunt conductorii atât cu cât dopaj, a mai bine regiunea de epuizare are proprietățile unui izolator. Joncțiunile PN sunt utilizate în mod obișnuit ca diode : dispozitive electronice care permit curentului să curgă într-o direcție, dar nu în sens opus. Acest rezultat poate fi obținut prin creșterea sau reducerea extensiei stratului neconductiv ( zona epuizată ) datorită efectelor polarizării inverse și polarizării directe, unde termenul de polarizare indică aplicarea unei tensiuni electrice la joncțiunea pn. Tensiunea externă de fapt îi influențează dimensiunea, atrăgând un număr mai mare sau mai mic de purtători; în funcție de densitatea purtătorilor disponibili și, prin urmare, de tipul de semiconductor ales și de tipul de dopaj cu care a fost produs, va fi posibil să se varieze extinderea regiunii de epuizare cu un grad suplimentar de libertate.

Polarizare directă și inversă

Joncțiunea pn poate fi utilizată ca diodă datorită proprietăților sale de conducere în regimul de polarizare directă și inversă. O diodă de joncțiune pn permite sarcinilor electrice să curgă într-o direcție, dar nu în sens opus. Când joncțiunea pn este direct polarizată, diferența de potențial între joncțiune scade și acest lucru determină un curent apreciabil să curgă către catod. Cu toate acestea, atunci când joncțiunea pn este polarizată invers, bariera potențială la joncțiune (și, prin urmare, și rezistența) crește și curentul invers care poate curge către anod este foarte scăzut.

Polarizarea directă

Biasul direct apare atunci când terminalul pozitiv este conectat la regiunea de tip P și terminalul negativ la regiunea de tip N.

În această configurație, găurile din regiunea de tip P și electronii din regiunea de tip N sunt împinse spre joncțiune. Acest lucru reduce amplitudinea zonei epuizate și tensiunea pozitivă aplicată dispozitivului este concentrată aproape complet la capetele zonei de încărcare spațială, scăzând bariera potențială . În această situație, se creează un dezechilibru apreciabil între fluxurile grupurilor majoritare și minoritare care traversează joncțiunea în direcția opusă; rezultatul este un flux de sarcini și, prin urmare, un curent, care variază exponențial cu tensiunea aplicată. Când tensiunea aplicată este egală cu cea generată de sarcinile fixe (atomii dopanți ionizați), purtătorii sunt liberi să se miște și caracteristica tensiunii-curent este liniară, adică materialul se comportă ca un conductor ohmic.

Polarizarea inversă

Poluarea inversă se realizează prin conectarea terminalului negativ la regiunea de tip P și a terminalului pozitiv la regiunea de tip N.

Deoarece regiunea de tip P este conectată la terminalul negativ al sursei de alimentare, golurile din regiunea de tip P sunt împinse departe de joncțiune, mărind lățimea zonei epuizate. La fel se întâmplă și în zona de tip N, unde electronii sunt împinși departe de joncțiune datorită acțiunii terminalului pozitiv al sursei de alimentare. Acest lucru mărește amplitudinea zonei epuizate și tensiunea negativă aplicată dispozitivului este concentrată aproape complet la capetele zonei de încărcare spațială, ridicând bariera potențială . Prin urmare, și aici se creează un dezechilibru între fluxurile majoritare și minoritare care traversează joncțiunea în direcția opusă și aici rezultă și un flux de sarcini și, prin urmare, un curent, care variază exponențial cu tensiunea aplicată. Cu toate acestea, rezultatul este foarte diferit, deoarece exponențialul este negativ și, prin urmare, curentul invers rezultat este foarte mic.

Caracteristica ideală a joncțiunii pn

Din comportamentul în polarizarea directă și inversă derivă caracteristica ideală a joncțiunii pn ( diodă ), adică relația IV:

i_{D}=I_{S}\left({e^{qV_{D} \over nkT}-1}\right)=I_{S}\left({e^{V_{D} \over nV_{T}}-1}\right)

{\ displaystyle i_ {D} = I_ {S} \ left ({e ^ {qV_ {D} \ over nkT} -1} \ right) = I_ {S} \ left ({e ^ {V_ {D} \ peste nV_ {T}} - 1} \ dreapta)}

{\ displaystyle i_ {D} = I_ {S} \ left ({e ^ {qV_ {D} \ over nkT} -1} \ right) = I_ {S} \ left ({e ^ {V_ {D} \ peste nV_ {T}} - 1} \ dreapta)}

Alte articulații

Contactul dintre terminalele metalice și materialul semiconductor creează, de asemenea, joncțiuni speciale numite diode Schottky . Într-o situație ideală simplificată, o diodă semiconductoare nu ar funcționa, deoarece ar fi compusă din mai multe diode conectate în serie. În practică, impuritățile de suprafață prezente din partea semiconductorului care atinge bornele metalice reduc foarte mult lățimea regiunilor scobite până la un punct astfel încât joncțiunile metal / semiconductoare nu se rectifică (funcționează ca diode care sunt întotdeauna aprinse, indiferent de tensiunea aplicată).

De un alt fel sunt heterojuncțiile , care se obțin din contactul dintre doi semiconductori de natură diferită. Un exemplu sunt heterojuncțiile dintre siliciu și germaniu sau cele dintre semiconductori polimerici.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe joncțiunea pn

linkuri externe

Intersecția pn , pe dei.unipd.it .
https://www.youtube.com/watch?v=JBtEckh3L9Q Video pe joncțiunea pn (în engleză)

Controlul autorității	LCCN (EN) sh85119913 · GND (DE) 4174949-2

Portal electronic

Portalul de fizică