Hvað er PN tenging?
Skilgreining á PN tengingu
PN tenging er skilgreind sem grensafærsla milli p-gerðar og n-gerðar sementfjölfrumamats í einu kristalli.
Búa til PN tengingu
Látum okkur nú skoða hvernig þessi pn tenging er búin til. Það eru margar rýndir í p-gerðri sementfjölfrumamat og margir frjarlegir elektrón í n-gerðri sementfjölfrumamat.
Að lokum í p-gerðri sementfjölfrumamat, eru margar trívalenta órennilegar atóm, og í raun er hver rýnda í p-gerðri sementfjölfrumamat tengd einu trívalenta órennilegu atómi.
Við notum orðið 'ídeal' vegna þess að við hleygum varmalegt mynduð elektrón og rýndur í kristalinu. Þegar elektrón fyllir rýndu, verður órennilegi atómið sem er tengt þeirri rýndu neikvæðu jóni.
Það gerist vegna þess að það inniheldur nú yfirleitt elektrón. Þegar trívalenta órennilegu atóm taka við elektrón og verða neikvæðu áhlaup, kallast órenningin viðtekjandi órenning. Órenningaratóm fá töluvert fjöldi sementfjölfrumamatatóma í kristalinu og setja sig sjálfir í kristalhlutverk.
Því miður eru órenningaratóm stöðug í kristalhlutverki. Þegar þessi trívalenta órenningaratóm taka við frjarleg elektrón og verða neikvæðu jóni, standa jónarnir ennþá stilltir. Sama má segja um það, þegar sementfjölfrumamat kristallinn er misblandaður með fimmvalenta órenningu, þá tekur hvert órenningaratómið stað sementfjölfrumamatatóma í kristalhlutverkinu; því verða þessi órenningaratóm stöðug í kristalhlutverkinu.
Hvert fimmvalenta órenningaratómi í kristalhlutverkinu hefur eitt yfirleitt elektrón í ytri spor sem það getur auðveldlega fjarlægt sem frjarlegt elektrón. Þegar það fjarlægir þetta elektrón verður það jákvæðu jóni.
Vegna þess að fimmvalenta órenningaratóm gefa elektrón til sementfjölfrumamat kristallsins, kallað er þau gefendur órenning. Við ræðum stöðug viðtekjandi og gefanda órenningaratóm vegna þess að þau spila mikilræðanlegt hlutverk í formun PN tengingar.
Komum nú til punktsins þegar p-gerðri sementfjölfrumamat kemur í samband við n-gerðri sementfjölfrumamat, frjarleg elektrón á n-gerðri sementfjölfrumamat næra tengingunni fyrst flytja til p-gerðri sementfjölfrumamat vegna dreifingar, vegna þess að samantekt frjarlegra elektróna er mikið meiri í n-gerðri svæði en í p-gerðri svæði.
Elektrónin sem kemur til p-svæðisins munu sameinast við rýndurnar sem þau fyrst finna. Það þýðir að frjarleg elektrónin sem koma frá n-gerðri svæði sameinast við viðtekjandi órenningaratóm næra tengingunni. Þetta gildi gerir neikvæða jóni.
Þegar viðtekjandi órenningaratóm næra tengingunni í p-gerðri svæði, verða neikvæð jóni, verður það lag af neikvæðum stöðugum jónum í p-svæðinu næra tengingunni.
Frjarleg elektrón í n-gerðri svæði munu fyrst flytja til p-gerðri svæðisins en frjarleg elektrón í n-gerðri svæði fjarri frá tengingunni. Þetta gerir lag af stöðugum jákvæðum jónum í n-gerðri svæði næra tengingunni.
Eftir að nokkuð dikt jákvæða jóna lag er búið til í n-gerðri svæði og neikvæða jóna lag í p-gerðri svæði, verður engin fleiri dreifing af elektrónum frá n-gerðri svæði til p-gerðri svæðisins vegna þess að það er neikvætt veggur fyrir frjarleg elektrón. Bæði þessi lög af jónum mynda PN tenginguna.
Þar sem eitt lag er neikvætt áhlaup og annað jákvætt áhlaup, myndast raforkustefna yfir tenginguna, sem virkar sem orkubarr. Þessi barrorkustefna fer eftir sementfjölfrumamat efni, órenningarmagni og hita.
Farið hefur fram að barrorkustefna fyrir germanium sementfjölfrumamat er 0,3 spenni við 25°C, og fyrir silícium sementfjölfrumamat er hún 0,7 spenni við sama hita.
Þessi orkubarr inniheldur ekki nein frjarleg elektrón eða rýndur vegna þess að allt frjarleg elektrón eru sameinuð við rýndur í þessu svæði og vegna úttök á aflara (elektrón eða rýndur) í þessu svæði, er það einnig kallað úttakssvæði. Þó að dreifing frjarlegra elektróna og rýndra hætti eftir að tiltekinn þykkt úttakssvæði sé búið til, er þessi þykkt úttakssvæðisins í raun mjög litill, í bilinu milli mikrometra.
