Cosa è una giunzione PN?
Cos'è una giunzione PN?
Definizione di giunzione PN
Una giunzione PN è definita come l'interfaccia tra materiali semiconduttori di tipo p e n in un singolo cristallo.
Creare una giunzione PN
Esaminiamo ora come viene creata questa giunzione pn. Ci sono molti buchi nel semiconduttore di tipo p e molti elettroni liberi nel semiconduttore di tipo n.
Anche nel semiconduttore di tipo p, ci sono numerosi atomi di impurità trivalenti, e idealmente, ogni buco nel semiconduttore di tipo p è associato a un atomo di impurità trivalente.
Usiamo la parola 'ideale' perché trascuriamo gli elettroni e i buchi generati termicamente nel cristallo. Quando un elettrone riempie un buco, l'atomo di impurità associato a quel buco diventa un ione negativo.
Poiché ora contiene un elettrone in più. Poiché gli atomi di impurità trivalenti accettano elettroni e diventano carichi negativamente, l'impurità viene chiamata impurità accettrice. Gli atomi di impurità sostituiscono un numero uguale di atomi del semiconduttore nel cristallo e si posizionano nella struttura cristallina.
Pertanto, gli atomi di impurità sono statici nella struttura cristallina. Quando questi atomi di impurità trivalenti accettano elettroni liberi e diventano ioni negativi, gli ioni rimangono statici. Analogamente, quando un cristallo di semiconduttore viene dopato con impurità pentavalenti, ogni atomo di impurità sostituisce un atomo del semiconduttore nella struttura cristallina; pertanto, questi atomi di impurità diventano statici nella struttura cristallina.
Ogni atomo di impurità pentavalente nella struttura cristallina ha un elettrone in più nell'orbita esterna che può facilmente rimuovere come elettrone libero. Quando rimuove quell'elettrone, diventa un ione positivamente carico.
Poiché gli atomi di impurità pentavalenti donano elettroni al cristallo del semiconduttore, vengono chiamate impurità donatrici. Discutiamo degli atomi di impurità accettrici e donatrici statiche perché svolgono un ruolo chiave nella formazione della giunzione PN.
Vediamo il momento in cui un semiconduttore di tipo p entra in contatto con un semiconduttore di tipo n, gli elettroni liberi nel semiconduttore di tipo n vicini alla giunzione migrano prima verso il semiconduttore di tipo p a causa della diffusione, poiché la concentrazione di elettroni liberi è molto maggiore nella regione n rispetto alla regione p.
Gli elettroni che arrivano nella regione p si combineranno con i buchi che trovano per primi. Ciò significa che gli elettroni liberi provenienti dalla regione n si combineranno con gli atomi di impurità accettrici vicini alla giunzione. Questo fenomeno crea ioni negativi.
Poiché gli atomi di impurità accettrici vicini alla giunzione nella regione p diventano ioni negativi, ci sarà uno strato di ioni negativi statici nella regione p adiacente alla giunzione.
Gli elettroni liberi nella regione n migreranno prima verso la regione p piuttosto che gli elettroni liberi nella regione n lontani dalla giunzione. Questo crea uno strato di ioni positivi statici nella regione n adiacente alla giunzione.
Dopo la formazione di uno strato sufficientemente spesso di ioni positivi nella regione n e di ioni negativi nella regione p, non ci sarà più diffusione di elettroni dalla regione n alla regione p, poiché c'è un muro negativo davanti agli elettroni liberi. Entrambi questi strati di ioni formano la giunzione PN.
Poiché uno strato è carico negativamente e l'altro positivamente, si forma un potenziale elettrico attraverso la giunzione, agendo come una barriera di potenziale. Questa barriera di potenziale dipende dal materiale semiconduttore, dal livello di dopaggio e dalla temperatura.
Si è scoperto che il potenziale di barriera per il semiconduttore di germanio è di 0,3 volt a 25°C, e per il semiconduttore di silicio è di 0,7 volt alla stessa temperatura.
Questa barriera di potenziale non contiene elettroni o buchi liberi, poiché tutti gli elettroni liberi si combinano con i buchi in questa regione e, a causa della deplezione dei portatori di carica (elettroni o buchi) in questa regione, viene anche chiamata regione di deplezione. Anche se la diffusione di elettroni e buchi liberi si ferma dopo la creazione di uno strato di deplezione sufficientemente spesso, praticamente lo spessore di questo strato di deplezione è molto piccolo, nell'ordine di micrometri.
