Apa itu PN Junction?

Apa itu PN Junction?

Definisi PN Junction

PN junction didefinisikan sebagai antarmuka antara bahan semikonduktor tipe-p dan tipe-n dalam satu kristal.

Membuat PN Junction

Mari kita periksa bagaimana pn junction ini dibuat. Ada banyak lubang di semikonduktor tipe-p dan banyak elektron bebas di semikonduktor tipe-n.

Kembali ke semikonduktor tipe-p, ada sejumlah atom impuritas trivalen, dan idealnya, setiap lubang di semikonduktor tipe-p terkait dengan satu atom impuritas trivalen.

Kami menggunakan kata 'ideal' karena kami mengabaikan elektron dan lubang yang dihasilkan secara termal di kristal. Ketika sebuah elektron mengisi lubang, atom impuritas yang terkait dengan lubang tersebut menjadi ion negatif.

Karena sekarang mengandung elektron tambahan. Sebagai atom impuritas trivalen menerima elektron dan menjadi bermuatan negatif, impuritas disebut impuritas penerima. Atom-atom impuritas menggantikan jumlah yang sama dari atom semikonduktor dalam kristal dan menempatkan diri mereka dalam struktur kristal.

Oleh karena itu, atom-atom impuritas bersifat statis dalam struktur kristal. Ketika atom-atom impuritas trivalen ini menerima elektron bebas dan menjadi ion negatif, ion-ion tersebut tetap diam. Demikian pula, ketika kristal semikonduktor didoping dengan impuritas pentavalen, setiap atom impuritas menggantikan atom semikonduktor dalam struktur kristal; oleh karena itu, atom-atom impuritas ini menjadi statis dalam struktur kristal.

Setiap atom impuritas pentavalen dalam struktur kristal memiliki satu elektron tambahan di orbit terluar yang dapat dilepaskan dengan mudah sebagai elektron bebas. Ketika ia melepaskan elektron tersebut, ia menjadi ion positif.

Karena atom-atom impuritas pentavalen menyumbangkan elektron ke kristal semikonduktor, mereka disebut impuritas donor. Kami membahas atom-atom impuritas penerima dan donor yang statis karena mereka memainkan peran kunci dalam pembentukan PN junction.

Mari kita kembali ke titik ketika semikonduktor tipe-p berhubungan dengan semikonduktor tipe-n, elektron bebas pada semikonduktor tipe-n yang lebih dekat dengan junction pertama kali bermigrasi ke semikonduktor tipe-p karena difusi, karena konsentrasi elektron bebas jauh lebih tinggi di daerah tipe-n daripada daerah tipe-p.

Elektron yang datang ke daerah p akan bergabung dengan lubang yang mereka temui pertama kali. Ini berarti bahwa elektron bebas yang berasal dari daerah tipe-n akan bergabung dengan atom-atom impuritas penerima yang lebih dekat dengan junction. Fenomena ini membuat ion negatif.

Sebagai atom-atom impuritas penerima yang lebih dekat dengan junction di daerah tipe-p, menjadi ion negatif, akan ada lapisan ion negatif statis di daerah p yang berdekatan dengan junction.

Elektron bebas di daerah tipe-n akan bermigrasi pertama kali ke daerah tipe-p daripada elektron bebas di daerah tipe-n yang jauh dari junction. Hal ini membuat lapisan ion positif statis di daerah tipe-n yang berdekatan dengan junction.

Setelah terbentuknya lapisan ion positif yang cukup tebal di daerah tipe-n dan lapisan ion negatif di daerah tipe-p, tidak akan ada lagi difusi elektron dari daerah tipe-n ke daerah tipe-p karena ada dinding negatif di depan elektron bebas. Kedua lapisan ion ini membentuk PN junction.

Karena satu lapisan bermuatan negatif dan yang lainnya bermuatan positif, potensial listrik terbentuk di seberang junction, bertindak sebagai hambatan potensial. Hambatan potensial ini tergantung pada bahan semikonduktor, tingkat dopan, dan suhu.

Ditemukan bahwa hambatan potensial untuk semikonduktor germanium adalah 0,3 volt pada 25oC, dan untuk semikonduktor silikon 0,7 volt pada suhu yang sama.

Hambatan potensial ini tidak mengandung elektron bebas atau lubang karena semua elektron bebas telah bergabung dengan lubang di daerah ini, dan karena penghabisan muatan (elektron atau lubang) di daerah ini, juga disebut daerah penghabisan. Meskipun difusi elektron bebas dan lubang berhenti setelah terbentuknya lapisan penghabisan tertentu, ketebalan lapisan penghabisan ini sangat tipis, dalam rentang mikrometer.