Mis on PN-liitlõik?

Mida on PN-liitlõhe?

PN-liitlõhe määratlus

PN-liitlõhe defineeritakse kui p-tyüübi ja n-tyüübi pooljuhtmaterjalide liides ühes kristallis.

PN-liitlõhe loomine

Vaatame nüüd, kuidas see pn-liitlõhe luuakse. P-tyüübis pooljuhtmaterjalis on palju aukte ja n-tyüübis pooljuhtmaterjalis on palju vabasid elektrone.

P-tyüübis pooljuhtmaterjalis on ka arvukalt kolmiarvulist impuriteed ja ideaalselt on igal aukul p-tyüübis pooljuhtmaterjalis seotud üks kolmiarvuline impuriteed.

Kasutame sõna 'ideaalne', kuna me ignoreerime termiliselt genereeritud elektronide ja auke kristallis. Kui elektron täidab auka, muutub sellega seotud impuriteed negatiivseks ioniks.

Sellel on nüüd üks lisaelektron. Kuna kolmiarvulised impuriteed vastavad elektronidele ja muutuvad negatiivselt laetud, nimetatakse neid vastuvõtja impuriteediks. Impuriteed asendavad võrdset arvu pooljuhtmaterjali atome kristallis ja paigutuvad kristallistrukturi sisse.

Seega on impuriteed staatsioonarsed kristallistrukturis. Kui need kolmiarvulised impuriteed vastavad vabadele elektronidele ja muutuvad negatiivseteks ionideks, jäävad need ionid endiselt staatsioonarsed. Samuti, kui pooljuhtmaterjali kristall doobitakse viiearvulise impuriteediga, asendab igal juhul impuriteedi atoom kristallistrukturis pooljuhtmaterjali atoomi; seega jäävad need impuriteed staatsioonarsed kristallistrukturis.

Igal viiearvulisel impuriteedil kristallistrukturis on üks lisaelektron välisimperuumis, mille ta saab vabalt eemaldada. Kui see eemaldab seda elektroni, muutub see positiivselt laetud ioniks.

Kuna viiearvulised impuriteed andavad elektrone pooljuhtmaterjali kristallile, nimetatakse neid andja impuriteediks. Võtame arvesse staatsioonarseid vastuvõtja ja andja impuriteede atome, kuna need mängivad olulist rolli PN-liitlõhe moodustamisel.

Lähenevat, kui p-tyüübis pooljuhtmaterjal kohtub n-tyüübis pooljuhtmaterjalg, migreeruvad vabad elektronid n-tyüübis pooljuhtmaterjal lähedal liitlõhele esmalt p-tyüübis pooljuhtmaterjali, kuna vabade elektronide kontsentratsioon on n-tyüübis piirkonnas palju suurem kui p-tyüübis piirkonnas.

Elektronid, mis jõuavad p-piirkonda, siduvad end esimese leitud aukuga. See tähendab, et vabad elektronid, mis tulevad n-tyüübis piirkonnast, siduvad vastuvõtja impuriteedidega, mis on lähedal liitlõhele. See nähtus tekitab negatiivseid ioneid.

Kuna vastuvõtja impuriteed, mis on lähedal liitlõhele p-tyüübis piirkonnas, muutuvad negatiivseteks ionideks, tekib p-piirkonnas liitlõhe lähedal negatiivse ionide kiht.

Vabad elektronid n-tyüübis piirkonnas migreeruvad esmalt p-tyüübis piirkonda, kui vabad elektronid n-tyüübis piirkonnas on kaugemal liitlõhest. See tekitab positiivse ionide kihi n-tyüübis piirkonnas liitlõhe lähedal.

Pärast piisavalt paksu positiivse ionide kihi moodustumist n-tyüübis piirkonnas ja negatiivse ionide kihi moodustumist p-tyüübis piirkonnas, ei toimu enam elektronide difusiooni n-tyüübis piirkonnast p-tyüübis piirkonda, kuna vabade elektronide ees on negatiivne sein. Mõlemad ionide kihid moodustavad PN-liitlõhe.

Kuna üks kiht on negatiivselt laetud ja teine positiivselt laetud, tekib elektriline potentsiaal liitlõhe üle, millest saab potentsiaalbarjäär. See barjääripotentsiaal sõltub pooljuhtmaterjalist, doobimisnivost ja temperatuurist.

Leiab, et geeniuse pooljuhtmaterjali puhul on barjääripotentsiaal 0,3 volti 25oC-l, ja silikooni pooljuhtmaterjali puhul on see 0,7 volti sama temperatuuril.

See potentsiaalbarjär ei sisalda ühtegi vabat elektroni ega aukku, kuna kõik vabad elektronid on sidunud aukudega selles piirkonnas ja kuna laengustruktuuride (elektronide või aukude) puudulikkus selles piirkonnas, nimetatakse seda ka laengustruktuuride puudulikuks piirkonnaks. Kuigi vabade elektronide ja aukude difusioon peatab pärast teatud paksu laengustruktuuride puuduliku kihi loomist, on praktikas see kihi paksus väga väike, micromeetrite järjekorras.