Què és una junta PN?

Què és una junta PN?

Definició de la junta PN

Una junta PN es defineix com una interfície entre materials semiconductors de tipus p i n en un sol cristall.

Crear una junta PN

Ara examinarem com es crea aquesta junta PN. Hi ha molts forats en el semiconductor de tipus p i molts electrons lliures en el semiconductor de tipus n.

En el semiconductor de tipus p, hi ha moltes àtomes d'impuretat trivalent, i idealment, cada forat en el semiconductor de tipus p està associat amb un àtom d'impuretat trivalent.

Utilitzem la paraula "ideal" perquè negligim els electrons i forats generats tèrmicament en el cristall. Quan un electró omple un forat, l'àtom d'impuretat associat amb aquest forat es converteix en un íon negatiu.

Perquè ara conté un electró addicional. Com que els àtomes d'impuretat trivalent accepten electrons i es carreguen negativament, l'impuretat s'anomena impuretat acceptora. Els àtomes d'impuretat reemplacen un nombre igual d'àtoms de semiconductor en el cristall i es col·loquen en l'estructura cristal·lina.

Per tant, els àtomes d'impuretat són estàtics en l'estructura cristal·lina. Quan aquests àtomes d'impuretat trivalent accepten electrons lliures i es converteixen en íons negatius, els íons romanen estàtics. De manera similar, quan un cristall de semiconductor s'aduba amb impureta pentavalent, cada àtom d'impuretat reemplaça un àtom de semiconductor en l'estructura cristal·lina; per tant, aquests àtomes d'impuretat esdevenen estàtics en l'estructura cristal·lina.

Cada àtom d'impuretat pentavalent en l'estructura cristal·lina té un electró addicional en l'òrbita més externa que pot eliminar fàcilment com un electró lliure. Quan elimina aquest electró, es converteix en un íon positiu.

Com que els àtomes d'impuretat pentavalent donen electrons al cristall de semiconductor, s'anomenen impuretes donadores. Discutim els àtomes d'impuretat acceptora i donadora estàtics perquè juguen un paper clau en la formació de la junta PN.

Anem al punt en què un semiconductor de tipus p entra en contacte amb un semiconductor de tipus n, els electrons lliures del semiconductor de tipus n propers a la junta migren primer cap al semiconductor de tipus p degut a la difusió, ja que la concentració d'electrons lliures és molt més gran en la regió de tipus n que en la regió de tipus p.

Els electrons que arriben a la regió p es combinen amb els forats que troben primer. Això significa que els electrons lliures provenents de la regió de tipus n es combinen amb els àtomes d'impuretat acceptora propers a la junta. Aquest fenomen crea íons negatius.

Com que els àtomes d'impuretat acceptora propers a la junta en la regió de tipus p es converteixen en íons negatius, hi haurà una capa d'ions negatius estàtics en la regió p adjacent a la junta.

Els electrons lliures en la regió de tipus n migren primer a la regió de tipus p abans que els electrons lliures en la regió de tipus n allunyats de la junta. Això crea una capa d'ions positius estàtics en la regió de tipus n adjacent a la junta.

Després de la formació d'una capa suficientment gruixuda d'ions positius en la regió de tipus n i d'ions negatius en la regió de tipus p, no hi haurà més difusió d'electrons de la regió de tipus n a la regió de tipus p, ja que hi ha una barra negativa davant dels electrons lliures. Aquestes dues capes d'ions formen la junta PN.

Com que una capa està carregada negativament i l'altra positivament, es forma un potencial elèctric a través de la junta, actuant com una barrera de potencial. Aquesta barrera de potencial depèn del material semiconductor, el nivell d'adobament i la temperatura.

Es troba que el potencial de barrera per als semiconductors de germani és de 0,3 volts a 25°C, i per als semiconductors de silici és de 0,7 volts a la mateixa temperatura.

Aquesta barrera de potencial no conté cap electró o forat lliure, ja que tots els electrons lliures s'han combinat amb forats en aquesta regió i, a causa de l'esgotament dels portadors de càrrega (electrons o forats) en aquesta regió, també se l'anomena regió d'esgotament. Encara que la difusió d'electrons i forats lliures s'atura després de la creació d'una certa capa d'esgotament pràcticament gruixuda, aquesta mida de la capa d'esgotament és molt petita, en un rang de micrometres.