מהו מפגש PN?
מהו קשר PN?
הגדרת קשר PN
קשר PN מוגדר כממשק בין חומרים מוליכים למחצה מסוג p ו-n בגביש אחד.
יצירת קשר PN
בוא נבדוק עכשיו איך נוצר הקשר ה-PN. יש המון חורים בחומר מוליך למחצה מסוג p והמון אלקטרונים חופשיים בחומר מוליך למחצה מסוג n.
שוב, בחומר מוליך למחצה מסוג p, ישנם מספרים של אטומים של זיהום טריוולנטי, ובאופן אידיאלי, כל חור בחומר מוליך למחצה מסוג p קשור לאטום זיהום טריוולנטי אחד.
אנו משתמשים במילה 'אידיאלי' כי אנו מתעלמים מאלקטרונים וחורים שנוצרים תרמלית בגביש. כאשר אלקטרון ממלא חור, האטום של הזיהום הקשורה לחור הזה הופכת לאיון שלילי.
כי הוא מכיל אלקטרון נוסף. מאחר ואטומי הזיהום הטריוולנטיים מקבלים אלקטרונים ומפינים מטען שלילי, הזיהום נקרא זיהום מקבל. אטומי הזיהום מחליפים מספר שווה של אטומי מוליך למחצה בגביש וממקמים את עצמם מבנה הגביש.
לכן, אטומי הזיהום הם סטטיים במבנה הגביש. כשהם מקבלים אלקטרונים חופשיים והופכים לאיונים שליליים, האיונים נשארים עדיין סטטיים. באופן דומה, כשגביש מוליך למחצה מדופן עם זיהום פנטוואלנטי, כל אטום של הזיהום מחליף אטום מוליך למחצה במבנה הגביש; לכן, אטומי הזיהום הם סטטיים במבנה הגביש.
כל אטום של זיהום פנטוואלנטי במבנה הגביש יש לו אלקטרון נוסף במסלול החיצוני ביותר אותו הוא יכול להסיר בקלות כאלקטרון חופשי. כשהוא מסיר את האלקטרון הזה, הוא הופך לאיון חיובי.
מאחר ואטומי הזיהום הפנטוואלנטיים מוסרים אלקטרונים לגביש המוליך למחצה, הם נקראים זיהומים מוסרים. אנחנו מדברים על אטומי זיהום מקבלים ומוסרים סטטיים כי הם משחקים תפקיד מפתח בהיווצרות הקשר PN.
בואו נגיע לנקודה שבה מוליך למחצה מסוג p בא במגע עם מוליך למחצה מסוג n, אלקטרונים חופשיים במוליך למחצה מסוג n הקרוב לקשר מתחילים להגר למוליך למחצה מסוג p בשל הדיפוזיה מכיוון שהריכוז של אלקטרונים חופשיים הרבה יותר גבוה באזור n מאשר באזור p.
האלקטרונים שמגיעים לאזור p יתאחדו עם החורים שהם מוצאים ראשונים. זה אומר שהאלקטרונים החופשיים שמגיעים מהאזור n יתאחדו עם אטומי זיהום מקבלים קרובים לקשר. תופעה זו מייצרת איונים שליליים.
מאחר ואטומי הזיהום המקבלים קרובים לקשר באזור p, הופכים לאיונים שליליים, יהיה שכבת איונים שליליים סטטיים באזור p סמוך לקשר.
האלקטרונים החופשיים באזור n יגלו קודם לאזור p מאשר אלקטרונים חופשיים באזור n הרחוק מהקשר. זה יוצר שכבת איונים חיוביים סטטיים באזור n סמוך לקשר.
אחרי היווצרות שכבה של איונים חיוביים בעובי מספיק באזור n ושכבה של איונים שליליים בעובי מספיק באזור p, לא תהיה יותר דיפוזיה של אלקטרונים מהאזור n לאזור p מכיוון שיש קיר שלילי מול האלקטרונים החופשיים. שתי השכבות האלו של איונים יוצרות את הקשר PN.
מאחר ואחת מהשכבות טעונה שלילית והשנייה טעונה חיובית, נוצר פוטנציאל חשמלי לאורך הקשר, המבצע כמחסום פוטנציאלי. מחסום הפוטנציאל תלוי בחומר מוליך למחצה, רמת הדופינג והטמפרטורה.
נמצאו כי מחסום הפוטנציאל עבור מוליך למחצה גרמניום הוא 0.3 וולט בטמפרטורה של 25oC,而对于硅半导体，在相同温度下的势垒电压为0.7伏。在该区域内，由于所有自由电子都与空穴结合，并且由于载流子（电子或空穴）的耗尽，这个区域也被称为耗尽区。尽管在形成一定厚度的耗尽层后，自由电子和空穴的扩散停止了，但实际上这个耗尽层的厚度非常小，通常在微米范围内。
נמצא כי מחסום הפוטנציאל עבור מוליך למחצה גרמניום הוא 0.3 וולט בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס,而对于硅半导体，在相同温度下的势垒电压为0.7伏。在该区域内，由于所有自由电子都与空穴结合，并且由于载流子（电子或空穴）的耗尽，这个区域也被称为耗尽区。尽管在形成一定厚度的耗尽层后，自由电子和空穴的扩散停止了，但实际上这个耗尽层的厚度非常小，通常在微米范围内。
נמצא כי מחסום הפוטנציאל עבור מוליך למחצה גרמניום הוא 0.3 וולט בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, ועבור מוליך למחצה סיליקון הוא 0.7 וולט באותה הטמפרטורה. באזור זה אין אלקטרונים או חורים חופשיים מכיוון שכל האלקטרונים החופשיים התאחדו עם החורים באזור זה, ובגלל הצמצום של נושאי מטען (אלקטרונים או חורים) באזור זה, הוא נקרא גם אזור הצמצום. למרות שהדיפוזיה של אלקטרונים וחורים חופשיים נעצרת לאחר יצירת שכבה מצומצמת מסוימת, בעקרון עובי שכבה מצומצמת זו הוא מאוד קטן, והוא נמצא בתחום של מיקרומטרים.
