რით არის PN კვეთა?

რა არის PN კავშირი?

PN კავშირის განმარტება

PN კავშირი განიხილება როგორც პ-ტიპისა და ნ-ტიპის სემიქონდუქტორული მასალების ინტერფეისი ერთი კრისტალის შემდეგ.

PN კავშირის შესაქმნელად

მოდით ახლა შევხედოთ, როგორ იქნება შექმნილი ეს PN კავშირი. პ-ტიპის სემიქონდუქტორში არის ბევრი ხარისხები, ხოლო ნ-ტიპის სემიქონდუქტორში არის ბევრი თავისუფალი ორბიტის ელექტრონები.

კიდევ პ-ტიპის სემიქონდუქტორში არის რამდენიმე ტრივალენტური იმპურიტიული ატომი, და იდეალურად, პ-ტიპის სემიქონდუქტორის თითოეული ხარისხი ერთი ტრივალენტური იმპურიტიული ატომით დაკავშირებულია.

ჩვენ ვიყენებთ სიტყვას "იდეალურად", რადგან ვუხელმძღვანელებთ ტერმინულად შექმნილ ელექტრონებს და ხარისხებს კრისტალში. როდესაც ელექტრონი ავსებს ხარისხს, ხარისხთან დაკავშირებული იმპურიტიული ატომი ხდება უარყოფითი იონი.

რადგან ახლა ის შეიცავს ერთ ელექტრონს ზედმეტად. რადგან ტრივალენტური იმპურიტიული ატომები აღებენ ელექტრონებს და ხდებიან უარყოფითად დატვირთული, იმპურიტიული ატომები იქნებიან აქცეპტორი იმპურიტიული ატომები. იმპურიტიული ატომები ჩანაცვლებენ ტოლი რაოდენობის სემიქონდუქტორულ ატომებს კრისტალში და დადებენ თავიანთ თავს კრისტალურ სტრუქტურაში.

ამიტომ, იმპურიტიული ატომები არიან სტატიკური კრისტალურ სტრუქტურაში. როდესაც ეს ტრივალენტური იმპურიტიული ატომები აღებენ თავისუფალ ელექტრონებს და ხდებიან უარყოფითი იონები, იონები რჩებიან სტატიკური. ანალოგიურად, როდესაც სემიქონდუქტორულ კრისტალს დაემატება პენტავალენტური იმპურიტიული ატომები, თითოეული იმპურიტიული ატომი ჩანაცვლებს სემიქონდუქტორულ ატომს კრისტალურ სტრუქტურაში, ამიტომ ეს იმპურიტიული ატომები ხდებიან სტატიკური კრისტალურ სტრუქტურაში.

კრისტალურ სტრუქტურაში თითოეული პენტავალენტური იმპურიტიული ატომი აქვს ერთ ზედმეტ ელექტრონს გარე რბილში, რომელიც ის ეასად შეიძლება წაიღოს როგორც თავისუფალი ელექტრონი. როდესაც ის წაიღებს ეს ელექტრონი, ის ხდება დადებით დატვირთული იონი.

რადგან პენტავალენტური იმპურიტიული ატომები დარჩენენ ელექტრონებს სემიქონდუქტორულ კრისტალში, ისინი არიან დონორ იმპურიტიული ატომები. ჩვენ გვინდა განვიხილოთ სტატიკური აქცეპტორი და დონორ იმპურიტიული ატომები, რადგან ისინი თავსებადი როლი თარგმნენ PN კავშირის შესაქმნელად.

მოდით დავუბრუნდეთ წერტილს, როდესაც პ-ტიპის სემიქონდუქტორი შეიძლება შეხვიდეს კონტაქტში ნ-ტიპის სემიქონდუქტორთან, ნ-ტიპის სემიქონდუქტორში თავისუფალი ელექტრონები უახლოესი კავშირის ნახევარი პირველი იმიგრირებენ პ-ტიპის სემიქონდუქტორში დიფუზიის გამო, რადგან თავისუფალი ელექტრონების კონცენტრაცია ნ-ტიპის რეგიონში ბევრად მეტია პ-ტიპის რეგიონზე.

ელექტრონები, რომლებიც მიდის პ რეგიონში, შეერთდებიან ხარისხებთან, რომლებიც პირველი პოულობენ. ეს ნიშნავს, რომ თავისუფალი ელექტრონები, რომლებიც მოდის ნ-ტიპის რეგიონიდან, შეერთდებიან აქცეპტორ იმპურიტიულ ატომებთან უახლოეს კავშირის ნახევარი. ეს ფენომენი ქმნის უარყოფით იონებს.

რადგან აქცეპტორ იმპურიტიული ატომები უახლოეს კავშირის ნახევარი პ-ტიპის რეგიონში ხდებიან უარყოფითი იონები, იქნება უარყოფითი სტატიკური იონების საფრთხდები პ რეგიონში კავშირის ახლოს.

ნ-ტიპის რეგიონში თავისუფალი ელექტრონები პირველი იმიგრირებენ პ-ტიპის რეგიონში, ვიდრე ნ-ტიპის რეგიონიდან დაშორებული თავისუფალი ელექტრონები. ეს ქმნის დადებით სტატიკურ იონების საფრთხდებს ნ-ტიპის რეგიონში კავშირის ახლოს.

კავშირის შესაქმნელად საკმარისი სიმკვრივის დადებითი იონების საფრთხდების ქმნის ნ-ტიპის რეგიონში და უარყოფითი იონების საფრთხდების პ-ტიპის რეგიონში, აღარ იქნება დიფუზია ელექტრონების ნ-ტიპის რეგიონიდან პ-ტიპის რეგიონში, რადგან არის უარყოფითი საფრთხდები თავისუფალ ელექტრონებს წინ. ეს საფრთხდები ქმნიან PN კავშირს.

რადგან ერთი საფრთხდე უარყოფითად დატვირთულია და მეორე დადებით, ელექტრონული პოტენციალი ქმნის კავშირის მიხედვით, რომელიც მოქმედებს როგორც პოტენციალური ბარიერა. ეს ბარიერული პოტენციალი დამოკიდებულია სემიქონდუქტორულ მასალაზე, დოპირების დონეზე და ტემპერატურაზე.

გამოითვლება, რომ ბარიერული პოტენციალი გერმანიუმის სემიქონდუქტორისთვის არის 0.3 ვოლტი 25oC ტემპერატურაზე, ხოლო სილიკონის სემიქონდუქტორისთვის ის არის 0.7 ვოლტი იმავე ტემპერატურაზე.

ეს პოტენციალური ბარიერა არ შეიცავს თავისუფალ ელექტრონს ან ხარისხს, რადგან ყველა თავისუფალი ელექტრონი შეერთდება ხარისხებთან ამ რეგიონში და შარჯის დანარჩენი რეგიონის დასახელებით ეს რეგიონი ასევე იქნება დეპლექციის რეგიონი. თუმცა თავისუფალი ელექტრონების და ხარისხების დიფუზია შეწყდება რამდენიმე სიმკვრივის დეპლექციის რეგიონის შექმნის შემდეგ, პრაქტიკულად ეს დეპლექციის რეგიონის სიმკვრივე არის ძალიან პატარა მიკრომეტრების რანგში.