Zein da PN elkarketa?

Zer da PN elkarketa?

PN Elkarketa Definizioa

PN elkarketa bat p motako eta n motako semikonduktor materiale arteko interfaze gisa defini daiteke kristal bakar batean.

Egin PN Elkarketa

Ikus dezagun orain hau PN elkarketa nola sortzen den. P motako semikonduktorean anbila duten ahullu gehiago daude, eta n motako semikonduktorean elektron libreak gehiago daude.

Berriro ere, p motako semikonduktorean trivalentzoko kontaminatzaile atomoak daude, eta idealean, p motako semikonduktoreko ahulu bakoitzek bat dute trivalentzoko kontaminatzaile atomorik bat.

‘Ideala’ hitza erabiltzen dugunean, kristalaren barruan termikoki sortutako elektron eta ahuluek ezeztatzen ditugu. Elektron bat ahulu batera bete ondoren, horren kontaminatzaile atomoa ion negatiboa bihurtzen da.

Horixe elektron gehigarri bat duen neurrian. Trivalentzoko kontaminatzaile atomoek elektronak hartzen dituzte eta negatiboki kargatuta egon arren, kontaminatzaile horiek kontaminatzaile onartzaile deitzen dira. Kontaminatzaile atomoek kristalaren barnean semikonduktorearen atomo kopuru berdina ordeztu dute eta kristalaren egituraan kokatu dira.

Hortaz, kontaminatzaile atomoak statikoak dira kristalaren egituratan. Trivalentzoko kontaminatzaile atomoek elektron libreak hartzen dituzte eta ion negatibo bihurtzen direnean, ion hauek statikoak geratzen dira. Era berean, semikonduktorearen kristalari pentavalentzoko kontaminatzailea sartzen diozunean, kontaminatzaile atomo bakoitzak kristalaren egituratik semikonduktorearen atomo bat ordeztuko du; horixe kontaminatzaile atomoak statikoak izango dira kristalaren egituratik.

Kristalaren egituratik pentavalentzoko kontaminatzaile atomo bakoitzak orbita kanpoan elektron bat gehiago du, askotan ateratzeko elektron libre gisa. Elektron hori kendu ondoren, positiboki kargatuta egongo da.

Pentavalentzoko kontaminatzaile atomoek elektronak ematen dituztela semikonduktorearen kristalari, kontaminatzaile emanaldi deitzen zaie. Kontaminatzaile onartzaile eta emanaldiei buruz hitz egiten dugu, horiek PN elkarketaren formaketa-norbanetan oinarriko rol edukiko dituelako.

Orain, p motako semikonduktore bat n motako semikonduktorearekin kontaktuan dagoenean, n motako semikonduktoreko elektron libreek elkarketa lurrean dauden lehenengo migrazioa hasten dute p motako semikonduktorerantz difusioaren bidez, elektron libreak gehiago daudelako n motako eremuan p motako eremuan baino.

Elektronak p eremura etorriko dira, eta lehenengo aurkitzen dituzten ahuluengana joango dira. Honek esan nahi du n motako eremutik etorritako elektron librek elkarketa lurretan dauden onartzaile kontaminatzaile atomoengandik elkarrekin bat egingo dutela. Fenomeno hau ion negatiboak sortzen ditu.

Elkarketa lurretan dauden onartzaile kontaminatzaile atomoak negatiboki kargatuta egotean, ion negatibo statikoen kirola sortuko da p eremuan elkarketa lurretik urrun.

N motako eremutik etorritako elektron librek lehenengo p eremura doaz elkarketa lurretik urrun dauden n motako eremuko elektronei baino. Honek ion positibo statikoen kirola sortzen du n motako eremuan elkarketa lurretik urrun.

Ion positiboen kirola nahikoa denean n motako eremuan eta ion negatiboak p motako eremuan, elektron libreak ez dira difusioa egingo n motutik p moturantz, ion negatiboen murrizketari buruz egoten duelako. Ion bi kirolak PN elkarketa osatzen dute.

Bi kirolak negatiboki eta positiboki kargatuta egotean, elkarketa lurrean potentzial elektrikoa sortzen da, potentzial-murrizketa bezala funtzionatzen duena. Murrizketa-potentzial hau semikonduktorearen materialaren, kontaminazio mailaren eta tenperaturaren mendean dago.

Gehienbat 25oC tenperaturan germanio semikonduktoretarako murrizketa-potentziala 0.3 volt da, eta silizio semikonduktoretarako 0.7 volt da.

Potentzial-murrizketa honek elektron librerik edo ahulurik ez du, elkarketa lurrean dauden elektron libreak ahuluengandik elkarrekin bat egin ondoren, eta kargatzaile libreak (elektron edo ahulu) desplazatuta egoteagatik, eremua erraztu deritzo. Difusioa gelditzen da erraztu-kirol zahar bat sortu ondoren, praktikan erraztu-kirol horren zabalera oso txiki da, mikrometroen tartean dago.