Qu'est-ce qu'une jonction PN

Qu'est-ce qu'une jonction PN ?

Définition de la jonction PN

Une jonction PN est définie comme une interface entre des matériaux semi-conducteurs de type p et de type n dans un seul cristal.

Créer une jonction PN

Examinons maintenant comment cette jonction PN est créée. Il y a beaucoup de trous dans le semi-conducteur de type p et beaucoup d'électrons libres dans le semi-conducteur de type n.

Dans le semi-conducteur de type p, il y a également de nombreux atomes d'impuretés trivalentes, et idéalement, chaque trou dans le semi-conducteur de type p est associé à un atome d'impureté trivalente.

Nous utilisons le mot 'idéal' car nous négligeons les électrons et les trous générés thermiquement dans le cristal. Lorsqu'un électron remplit un trou, l'atome d'impureté associé à ce trou devient un ion négatif.

Cela parce qu'il contient désormais un électron supplémentaire. Comme les atomes d'impuretés trivalentes acceptent des électrons et deviennent chargés négativement, l'impureté est appelée impureté accepteuse. Les atomes d'impuretés remplacent un nombre égal d'atomes de semi-conducteur dans le cristal et se placent dans la structure cristalline.

Ainsi, les atomes d'impuretés sont statiques dans la structure cristalline. Lorsque ces atomes d'impuretés trivalentes acceptent des électrons libres et deviennent des ions négatifs, les ions restent statiques. De même, lorsque le cristal de semi-conducteur est dopé avec une impureté pentavalente, chaque atome d'impureté remplace un atome de semi-conducteur dans la structure cristalline ; par conséquent, ces atomes d'impuretés deviennent statiques dans la structure cristalline.

Chaque atome d'impureté pentavalente dans la structure cristalline a un électron supplémentaire dans l'orbite la plus externe qu'il peut facilement libérer sous forme d'électron libre. Lorsqu'il libère cet électron, il devient un ion positivement chargé.

Comme les atomes d'impuretés pentavalentes donnent des électrons au cristal de semi-conducteur, ils sont appelés impuretés donneuses. Nous discutons des atomes d'impuretés accepteuses et donneuses statiques car ils jouent un rôle clé dans la formation de la jonction PN.

Lorsqu'un semi-conducteur de type p entre en contact avec un semi-conducteur de type n, les électrons libres du semi-conducteur de type n proches de la jonction migrent d'abord vers le semi-conducteur de type p par diffusion, car la concentration d'électrons libres est beaucoup plus élevée dans la région de type n que dans la région de type p.

Les électrons qui arrivent dans la région p se combinent avec les trous qu'ils rencontrent en premier. Cela signifie que les électrons libres venant de la région n se combinent avec les atomes d'impuretés accepteuses proches de la jonction. Ce phénomène crée des ions négatifs.

Comme les atomes d'impuretés accepteuses proches de la jonction dans la région de type p deviennent des ions négatifs, il y aura une couche d'ions négatifs statiques dans la région p adjacente à la jonction.

Les électrons libres dans la région n migreront d'abord vers la région p plutôt que les électrons libres dans la région n éloignée de la jonction. Cela crée une couche d'ions positifs statiques dans la région n adjacente à la jonction.

Après la formation d'une couche suffisamment épaisse d'ions positifs dans la région n et d'ions négatifs dans la région p, il n'y aura plus de diffusion d'électrons de la région n vers la région p, car il y a un mur négatif devant les électrons libres. Ces deux couches d'ions forment la jonction PN.

Comme une couche est négativement chargée et l'autre positivement, un potentiel électrique se forme à travers la jonction, agissant comme une barrière de potentiel. Ce potentiel de barrière dépend du matériau semi-conducteur, du niveau de dopage et de la température.

On constate que le potentiel de barrière pour un semi-conducteur de germanium est de 0,3 volt à 25°C, et pour un semi-conducteur de silicium, il est de 0,7 volt à la même température.

Cette barrière de potentiel ne contient aucun électron ou trou libre, car tous les électrons libres se sont combinés avec les trous dans cette région, et en raison de l'appauvrissement des porteurs de charge (électrons ou trous) dans cette région, elle est également appelée région d'appauvrissement. Bien que la diffusion des électrons et des trous libres s'arrête après la création d'une certaine couche d'appauvrissement, l'épaisseur pratique de cette couche d'appauvrissement est très fine, de l'ordre de micromètres.