ما هو مجمع PN؟

ما هو مجمع PN؟

تعريف مجمع PN

يُعرَف مجمع PN بأنه واجهة بين مواد نصف موصل من النوع P والنوع N في بلورة واحدة.

إنشاء مجمع PN

لندرس الآن كيفية إنشاء هذا المجمع PN. هناك الكثير من الثقوب في نصف الموصل من النوع P والعديد من الإلكترونات الحرة في نصف الموصل من النوع N.

مرة أخرى في نصف الموصل من النوع P، هناك العديد من ذرات الشوائب ثلاثية التكافؤ، وأفضل ما يكون أن كل ثقب في نصف الموصل من النوع P مرتبط بذرة شوائب ثلاثية التكافؤ واحدة.

نستخدم كلمة "أفضل" لأننا نتجاهل الإلكترونات والثقوب التي تولدت حرارياً في البلورة. عندما يملأ الكترون ثقبًا، تصبح ذرة الشوائب المرتبطة بتلك الثقب أيوناً سالباً.

لأنها تحتوي الآن على الكترون إضافي. بما أن ذرات الشوائب الثلاثية التكافؤ تستقبل الإلكترونات وتصبح مشحونة سالباً، يطلق على الشوائب اسم شوائب قابلة للقبول. تقوم ذرات الشوائب باستبدال عدد متساوٍ من ذرات نصف الموصل في البلورة وتضع نفسها في بنية البلورة.

وبالتالي، تكون ذرات الشوائب ثابتة في بنية البلورة. عندما تستقبل هذه الذرات الثلاثية التكافؤ الإلكترونات الحرة وتتحول إلى أيونات سالبة، تبقى الأيونات ثابتة. وبالمثل، عندما يتم تطعيم بلورة نصف الموصل بالشوائب الخماسية التكافؤ، تقوم كل ذرة شوائب باستبدال ذرة من نصف الموصل في بنية البلورة؛ وبالتالي تصبح هذه الذرات الثابتة في بنية البلورة.

كل ذرة شوائب خماسية التكافؤ في بنية البلورة لديها الكترون إضافي في المدار الخارجي الذي يمكنها إزالته كإلكترون حر. عندما تزيل هذا الالكترون تصبح أيوناً موجباً.

بما أن ذرات الشوائب الخماسية التكافؤ تقدم الإلكترونات لنصف الموصل البلوري، يطلق عليها اسم الشوائب المانحة. نناقش ذرات الشوائب القابلة للقبول والمانحة الثابتة لأنها تلعب دوراً رئيسياً في تشكيل مجمع PN.

لنعود إلى النقطة عند اتصال نصف الموصل من النوع P بنصف الموصل من النوع N، تنتقل الإلكترونات الحرة في نصف الموصل من النوع N الأقرب إلى المجمع إلى نصف الموصل من النوع P بسبب الانتشار لأن تركيز الإلكترونات الحرة أكبر بكثير في منطقة النوع N مما هو عليه في منطقة النوع P.

سيتم دمج الإلكترونات القادمة إلى منطقة P مع الثقوب التي يجدونها أولاً. وهذا يعني أن الإلكترونات الحرة القادمة من منطقة النوع N ستدمج مع ذرات الشوائب القابلة للقبول الأقرب إلى المجمع. هذا الظاهرة تنتج أيونات سالبة.

مع تحويل ذرات الشوائب القابلة للقبول الأقرب إلى المجمع في منطقة P إلى أيونات سالبة، سيكون هناك طبقة من الأيونات السالبة الثابتة في منطقة P المجاورة للمجمع.

ستنتقل الإلكترونات الحرة في منطقة النوع N أولاً إلى منطقة النوع P أكثر من الإلكترونات الحرة في منطقة النوع N بعيدة عن المجمع. هذا يجعل طبقة من الأيونات الموجبة الثابتة في منطقة النوع N المجاورة للمجمع.

بعد تكوين طبقة كافية من الأيونات الموجبة في منطقة النوع N والأيونات السالبة في منطقة النوع P، لن يكون هناك المزيد من الانتشار الإلكتروني من منطقة النوع N إلى منطقة النوع P لأنه يوجد جدار سالب أمام الإلكترونات الحرة. تتكون هذه الطبقتان من الأيونات من مجمع PN.

بما أن الطبقة الواحدة مشحونة سالباً والطبقة الأخرى مشحونة موجباً، يتكون فرق كهربائي عبر المجمع، يعمل كحاجز محتمل. يعتمد هذا الحاجز المحتمل على المادة نصف الموصلة، مستوى التطعيم، والحرارة.

وجد أن الحاجز المحتمل لمادة الجرمانيوم نصف الموصلة هو 0.3 فولت عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، وهو لمواد السيليكون نصف الموصلة 0.7 فولت عند نفس الحرارة.

لا يحتوي هذا الحاجز المحتمل على أي إلكترون حرة أو ثقوب لأن جميع الإلكترونات الحرة قد تم دمجها مع الثقوب في هذه المنطقة ونتيجة لاستنزاف حاملات الشحن (الإلكترونات أو الثقوب) في هذه المنطقة، يُسمى أيضاً منطقة الاستنزاف. رغم أن الانتشار الإلكتروني والثقوب يتوقف بعد إنشاء طبقة استنزاف معينة، إلا أن سمك هذه الطبقة الاستنزاف عملياً صغير جداً ويقع في نطاق الميكرومترات.