چه چیزی پی‌ان جانکشن است
چهارچوب PN چیست؟
تعریف چهارچوب PN
چهارچوب PN به عنوان واسط بین مواد نیمه‌رسانای نوع p و نوع n در یک بلور واحد تعریف می‌شود.
ساخت چهارچوب PN
بیایید حالا بررسی کنیم که این چهارچوب PN چگونه ایجاد می‌شود. در نیمه‌رسانای نوع p تعداد زیادی حفره وجود دارد و در نیمه‌رسانای نوع n تعداد زیادی الکترون آزاد وجود دارد.
در نیمه‌رسانای نوع p، تعداد زیادی اتم آلوده با والانس سه وجود دارد و به طور مثالي هر حفره در نیمه‌رسانای نوع p با یک اتم آلوده با والانس سه مرتبط است.
ما از کلمه "مثالي" استفاده می‌کنیم زیرا ما الکترون‌ها و حفره‌های تولید شده به وسیله حرارت را نادیده می‌گیریم. وقتی یک الکترون در یک حفره جای می‌گیرد، اتم آلوده مرتبط با آن حفره یک یون منفی می‌شود.
زیرا حالا شامل یک الکترون اضافه است. چون اتم‌های آلوده با والانس سه الکترون‌ها را پذیرا می‌شوند و منفی شده، آلوده به آن‌ها آلوده قبول‌کننده می‌گویند. اتم‌های آلوده تعداد برابری از اتم‌های نیمه‌رسانا را در بلور جایگزین می‌کنند و خود را در ساختار بلور قرار می‌دهند.
بنابراین، اتم‌های آلوده در ساختار بلور ثابت هستند. وقتی این اتم‌های آلوده با والانس سه الکترون‌های آزاد را پذیرا می‌شوند و یون‌های منفی می‌شوند، یون‌ها همچنان ثابت می‌مانند. به طور مشابه، وقتی بلور نیمه‌رسانا با آلوده با والانس پنج آلوده می‌شود، هر اتم آلوده اتم نیمه‌رسانا را در ساختار بلور جایگزین می‌کند؛ بنابراین این اتم‌های آلوده در ساختار بلور ثابت می‌شوند.
هر اتم آلوده با والانس پنج در ساختار بلور یک الکترون اضافه در مدار بیرونی دارد که می‌تواند به راحتی آن را به عنوان یک الکترون آزاد جدا کند. وقتی آن الکترون را جدا می‌کند یک یون مثبت می‌شود.
از آنجا که اتم‌های آلوده با والانس پنج الکترون‌ها را به بلور نیمه‌رسانا می‌دهند، آن‌ها آلوده‌های دهنده نامیده می‌شوند. ما آلوده‌های قبول‌کننده و دهنده ثابت را مورد بحث قرار می‌دهیم زیرا آن‌ها نقش مهمی در تشکیل چهارچوب PN دارند.
بیایید به نقطه‌ای برسیم که وقتی نیمه‌رسانای نوع p با نیمه‌رسانای نوع n تماس می‌گیرد، الکترون‌های آزاد در نیمه‌رسانای نوع n نزدیک به چهارچوب به دلیل نفوذ به نیمه‌رسانای نوع p مهاجرت می‌کنند زیرا غلظت الکترون‌های آزاد در ناحیه نوع n بسیار بیشتر از ناحیه نوع p است.
الکترون‌هایی که به ناحیه p می‌آیند با حفره‌هایی که اولین بار می‌یابند ترکیب می‌شوند. این به معنای آن است که الکترون‌های آزادی که از ناحیه نوع n می‌آیند با اتم‌های آلوده قبول‌کننده نزدیک به چهارچوب ترکیب می‌شوند. این پدیده یون‌های منفی ایجاد می‌کند.
از آنجا که اتم‌های آلوده قبول‌کننده نزدیک چهارچوب در ناحیه نوع p، یون‌های منفی می‌شوند، لایه‌ای از یون‌های منفی ثابت در ناحیه p مجاور با چهارچوب وجود خواهد داشت.
الکترون‌های آزاد در ناحیه نوع n ابتدا به ناحیه نوع p مهاجرت می‌کنند و سپس الکترون‌های آزاد در ناحیه نوع n دور از چهارچوب. این موجب لایه‌ای از یون‌های مثبت ثابت در ناحیه نوع n مجاور با چهارچوب می‌شود.
بعد از تشکیل لایه‌ای کافی از یون‌های مثبت در ناحیه نوع n و یون‌های منفی در ناحیه نوع p، دیگر نفوذ الکترون‌ها از ناحیه نوع n به ناحیه نوع p اتفاق نخواهد افتاد زیرا یک دیوار منفی در مقابل الکترون‌های آزاد وجود دارد. این دو لایه یون‌ها چهارچوب PN را تشکیل می‌دهند.
از آنجا که یک لایه منفی و دیگری مثبت شارژ شده است، یک پتانسیل الکتریکی در اطراف چهارچوب تشکیل می‌شود که به عنوان یک مانع پتانسیل عمل می‌کند. این مانع پتانسیل به ماده نیمه‌رسانا، سطح آلودگی و دما بستگی دارد.
پیدا شده است که مانع پتانسیل برای نیمه‌رسانای جرمیوم ۰.۳ ولت در ۲۵ درجه سانتیگراد و برای نیمه‌رسانای سیلیکون ۰.۷ ولت در همان دما است.
این مانع پتانسیل هیچ الکترون آزاد یا حفره‌ای ندارد چون تمام الکترون‌های آزاد با حفره‌ها در این منطقه ترکیب شده‌اند و به دلیل کاهش حامل‌های شارژ (الکترون یا حفره) در این منطقه، به آن منطقه خالی شارژ نیز گفته می‌شود. با این حال، نفوذ الکترون‌های آزاد و حفره‌ها بعد از ایجاد لایه خالی شارژی با ضخامت خاص متوقف می‌شود و این ضخامت لایه خالی شارژی در عمل بسیار کوچک است و در محدوده میکرومتر است.
