Qué é unha xuncción PN

Que é unha xuncción PN?

Definición de xuncción PN

A xuncción PN define como unha interface entre materiais semiconductores de tipo p e n nun único cristal.

Crear unha xuncción PN

Vamos agora examinar como se crea esta xuncción PN. Hai moitos buracos no semiconductor de tipo p e moitos eléctrons libres no semiconductor de tipo n.

Novamente no semiconductor de tipo p, hai números de átomos de impureza trivalente, e idealmente, cada buraco no semiconductor de tipo p está asociado a un átomo de impureza trivalente.

Usamos a palabra 'ideal' porque ignoramos os eléctrons e buracos xerados termicamente no cristal. Cando un electrón ocupa un buraco, o átomo de impureza asociado a ese buraco convértese nun ión negativo.

Porque agora contén un electrón extra. Como os átomos de impureza trivalente aceptan eléctrons e tornanse cargados negativamente, a impureza chámase impureza acceptora. Os átomos de impureza substitúen un número igual de átomos do semiconductor no cristal e colócanse na estrutura do cristal.

Por tanto, os átomos de impureza son estáticos na estrutura do cristal. Cando estes átomos de impureza trivalente aceptan eléctrons libres e tornanse ións negativos, os ións permanecen ainda estáticos. De forma similar, cando un cristal de semiconductor está dopado con impureza pentavalente, cada átomo de impureza substitúe un átomo de semiconductor na estrutura do cristal; polo que estes átomos de impureza son estáticos na estrutura do cristal.

Cada átomo de impureza pentavalente na estrutura do cristal ten un electrón extra na órbita máis externa que pode facilmente eliminar como un electrón libre. Cando elimina ese electrón, convértese en ión positivamente cargado.

Xa que os átomos de impureza pentavalente doan eléctrons ao cristal de semiconductor, chamámoslles impurezas donadoras. Discutimos os átomos de impureza acceptora e donadora estática porque xogan un papel clave na formación da xuncción PN.

Volvamos ao punto cando un semiconductor de tipo p entra en contacto con un semiconductor de tipo n, os eléctrons libres do semiconductor de tipo n máis próximos á xuncción primeiro migran ao semiconductor de tipo p debido á difusión, xa que a concentración de eléctrons libres é moito maior na rexión de tipo n que na de tipo p.

Os eléctrons que chegan á rexión p combinarán coas primeiras liñas que atopen. Iso significa que os eléctrons libres que viñen da rexión de tipo n combinarán cos átomos de impureza acceptora máis próximos á xuncción. Este fenómeno crea ións negativos.

Como os átomos de impureza acceptora máis próximos á xuncción na rexión de tipo p, tornanse ións negativos, haverá unha capa de ións negativos estáticos na rexión p adxacente á xuncción.

Os eléctrons libres na rexión de tipo n migrarán primeiro á rexión de tipo p que os eléctrons libres na rexión de tipo n afastados da xuncción. Isto crea unha capa de ións positivos estáticos na rexión de tipo n adxacente á xuncción.

Despois da formación dunha capa suficientemente espesa de ións positivos na rexión de tipo n e de ións negativos na rexión de tipo p, non haverá máis difusión de eléctrons da rexión de tipo n á de tipo p, xa que hai unha parede negativa diante dos eléctrons libres. Estas dúas capas de ións forman a xuncción PN.

Dado que unha capa está negativamente cargada e a outra positivamente, forma un potencial eléctrico a través da xuncción, actuando como unha barrera de potencial. Este potencial de barrera depende do material semiconductivo, do nivel de dopado e da temperatura.

Descubriuse que o potencial de barrera para o semiconductor de germanio é de 0,3 voltios a 25oC, e para o semiconductor de silicio é de 0,7 voltios á mesma temperatura.

Esta barrera de potencial non contén ningún electrón ou buraco libres, xa que todos os eléctrons libres están combinados con buracos nesta rexión e debido á desexución de portadores de carga (eléctrons ou buracos) nesta rexión, tamén chámase rexión de desexución. Aínda que a difusión de eléctrons e buracos libres pára despois da creación dunha certa capa de desexución, prácticamente a espesor desta capa de desexución é moi pequena, na orde de micrómetros.