چه چیزی پی‌ان جنکشن است
پی‌ان جنکشن چیست؟
تعریف پی‌ان جنکشن
پی‌ان جنکشن به عنوان رابط بین مواد نیمه‌رسانا از نوع p و n در یک بلور واحد تعریف می‌شود.
ایجاد پی‌ان جنکشن
اکنون بررسی می‌کنیم که چگونه این پی‌ان جنکشن ایجاد می‌شود. در نیمه‌رسانا از نوع p تعداد زیادی حفره وجود دارد و در نیمه‌رسانا از نوع n تعداد زیادی الکترون آزاد وجود دارد.
در نیمه‌رسانا از نوع p، تعداد زیادی اتم آلوده با شماره والانس سه وجود دارد و به طور مثالي هر حفره در نیمه‌رسانا از نوع p با یک اتم آلوده با شماره والانس سه مرتبط است.
ما از کلمه "مثالي" استفاده می‌کنیم زیرا الکترون‌ها و حفره‌های تولید شده توسط حرارت را نادیده می‌گیریم. وقتی یک الکترون یک حفره را پر می‌کند، اتم آلوده مرتبط با آن حفره به یون منفی تبدیل می‌شود.
زیرا حالا شامل یک الکترون اضافی است. چون اتم‌های آلوده با شماره والانس سه الکترون‌ها را قبول می‌کنند و به شارژ منفی تبدیل می‌شوند، این آلودگی به نام آلودگی قبول‌کننده شناخته می‌شود. 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 شماره والانس سه الکترون‌های آزاد را قبول می‌کنند و به یون‌های منفی تبدیل می‌شوند، یون‌ها همچنان ثابت می‌مانند. به طور مشابه، وقتی بلور نیمه‌رسانا با آلودگی پنتاوالانسی آلوده می‌شود، هر اتم آلوده یک اتم نیمه‌رسانا را در ساختار بلور جایگزین می‌کند؛ بنابراین این اتم‌های آلوده در ساختار بلور ثابت می‌شوند.
هر اتم آلوده با شماره والانس پنج در ساختار بلور یک الکترون اضافی در مدار خارجی دارد که می‌تواند به راحتی آن را به عنوان یک الکترون آزاد جدا کند. وقتی آن الکترون را جدا می‌کند، به یون مثبت تبدیل می‌شود.
از آنجا که اتم‌های آلوده با شماره والانس پنج الکترون‌ها را به بلور نیمه‌رسانا می‌دهند، آنها به نام آلودگی دهنده شناخته می‌شوند. ما اتم‌های آلوده ثابت قبول‌کننده و دهنده را بررسی می‌کنیم زیرا آنها نقش کلیدی در تشکیل پی‌ان جنکشن دارند.
بیایید به نقطه‌ای برسیم که وقتی نیمه‌رسانا از نوع p با نیمه‌رسانا از نوع n تماس می‌گیرد، الکترون‌های آزاد در نیمه‌رسانا از نوع n نزدیک به جنکشن ابتدا به نیمه‌رسانا از نوع p مهاجرت می‌کنند به دلیل انتشار، زیرا غلظت الکترون‌های آزاد در منطقه n بسیار بیشتر از منطقه p است.
الکترون‌هایی که به منطقه p می‌آیند با حفره‌هایی که اولین بار می‌یابند ترکیب می‌شوند. یعنی الکترون‌های آزادی که از منطقه n می‌آیند با اتم‌های آلوده قبول‌کننده نزدیک به جنکشن ترکیب می‌شوند. این پدیده یون‌های منفی ایجاد می‌کند.
با توجه به اینکه اتم‌های آلوده قبول‌کننده نزدیک به جنکشن در منطقه p به یون‌های منفی تبدیل می‌شوند، لایه‌ای از یون‌های منفی ثابت در منطقه p مجاور با جنکشن ایجاد می‌شود.
الکترون‌های آزاد در منطقه n ابتدا به منطقه p مهاجرت می‌کنند تا الکترون‌های آزاد در منطقه n دور از جنکشن. این یک لایه از یون‌های مثبت ثابت در منطقه n مجاور با جنکشن ایجاد می‌کند.
بعد از تشکیل لایه‌ای کافی از یون‌های مثبت در منطقه n و یون‌های منفی در منطقه p، دیگر انتشار الکترون‌ها از منطقه n به منطقه p ادامه نخواهد یافت زیرا یک دیواره منفی در مقابل الکترون‌های آزاد وجود دارد. این دو لایه از یون‌ها پی‌ان جنکشن را تشکیل می‌دهند.
از آنجا که یک لایه منفی شارژ شده و دیگری مثبت شارژ شده است، یک پتانسیل الکتریکی در طول جنکشن تشکیل می‌شود که به عنوان مانع پتانسیل عمل می‌کند. این مانع پتانسیل به ماده نیمه‌رسانا، سطح آلودگی و دما بستگی دارد.
پیدا شده است که مانع پتانسیل برای نیمه‌رسانا از نوع ژرمانیوم ۰.۳ ولت در ۲۵ درجه سانتیگراد و برای نیمه‌رسانا از نوع سیلیکون ۰.۷ ولت در همان دما است.
این مانع پتانسیل هیچ الکترون آزاد یا حفره‌ای ندارد چون تمام الکترون‌های آزاد در این منطقه با حفره‌ها ترکیب شده‌اند و به دلیل کاهش حامل‌های شارژ (الکترون یا حفره) در این منطقه، به آن منطقه کاهشی نیز گفته می‌شود. اگرچه انتشار الکترون‌ها و حفره‌ها بعد از ایجاد لایه کاهشی خاص متوقف می‌شود، اما ضخامت این لایه کاهشی در عمل بسیار کوچک است و در محدوده میکرومتر است.
