Што е PN јункција?

Што е PN јункција?

Дефиниција на PN јункција

PN јункцијата се дефинира како интерфејс помеѓу p-тип и n-тип полупроводачки материјали во еден кристал.

Создавање на PN јункција

Сега да го испитаме како се создава оваа pn јункција. Во p-тип полупроводач има многу пустини, а во n-тип полупроводач има многу слободни електрони.

Пак, во p-тип полупроводач има голем број на тривалентни примесни атоми, и идеално, секоја пустина во p-тип полупроводач е поврзана со еден тривалентен примесен атом.

Овде користиме зборот 'идеално' затоа што неглижирани термално генерирање на електрони и пустини во кристалот. Кога електрон пополнува пустина, примесниот атом поврзан со тој пустина станува негативна ион.

Затоа што таа сега содржи дополнителен електрон. Бидејќи тривалентните примесни атоми прифаќаат електрони и стануваат негативно наелектрисани, примесата се нарекува акцепторска примес. Примесните атоми заменуваат еднаков број на полупроводачки атоми во кристалот и се поставуваат во кристалната структура.

Така, примесните атоми се статички во кристалната структура. Кога овие тривалентни примесни атоми прифаќаат слободни електрони и стануваат негативни иони, ионите остануваат статички. Слично, кога кристал од полупроводач е допиран со петвалентна примес, секој атом на примесата заменува атом на полупроводач во кристалната структура; така примесните атоми стануваат статички во кристалната структура.

Секој петвалентен примесен атом во кристалната структура има еден дополнителен електрон во најспољниот орбит кој лесно може да го отстрани како слободен електрон. Кога го отстранува тој електрон, станува позитивно наелектрисан ион.

Бидејќи петвалентните примесни атоми донираат електрони на кристалот од полупроводач, тие се нарекуваат донорски примеси. Го обседуваме статичките акцепторски и донорски примесни атоми затоа што тие играат клучна улога во формирањето на PN јункцијата.

Да дојдеме до моментот кога p-тип полупроводач доаѓа во контакт со n-тип полупроводач, слободните електрони на n-тип полупроводач поблизу до јункцијата прво мигрираат кон p-тип полупроводач поради дифузия затоа што концентрацијата на слободни електрони е многу поголема во n-региона од p-региона.

Електроните што доаѓаат во p регион ќе се комбинираат со првите пустини што ги најдат. Тоа значи дека слободните електрони што доаѓаат од n-региона ќе се комбинираат со акцепторски примесни атоми поблизу до јункцијата. Оваа појава прави негативни иони.

Бидејќи акцепторските примесни атоми поблизу до јункцијата во p-региона стануваат негативни иони, ќе има слој на негативни статички иони во p регион соседен на јункцијата.

Слободните електрони во n-региона прво ќе мигрираат кон p-региона пред слободните електрони во n-региона подалеч од јункцијата. Ова прави слој на статички позитивни иони во n-региона соседен на јункцијата.

После формирањето на доволно дебел слој на позитивни иони во n-региона и негативни иони во p-региона, нема да има повеќе дифузии на електрони од n-региона кон p-региона затоа што има негативна стена пред слободните електрони. Овие два слоја на иони формираат PN јункцијата.

Бидејќи еден слој е негативно наелектрисан, а другиот е позитивно наелектрисан, се формира електрически потенцијал преку јункцијата, кој делува како потенцијална бариера. Оваа барiera зависи од материјалот на полупроводачот, ниво на допирање и температура.

Најдено е дека барьерниот потенцијал за германиум полупроводач е 0,3 волти при 25°C, а за силациум полупроводач е 0,7 волти при истата температура.

Оваа потенцијална бариера не содржи никакви слободни електрони или пустини затоа што сите слободни електрони се комбинираат со пустини во овој регион и поради исцрпнувањето на носачите на полупроводач (електрони или пустини) во овој регион, таа се нарекува и регион на исцрпување. Иако дифузијата на слободни електрони и пустини спира после создавањето на одредена дебела слој на регион на исцрпување, прaksično оваа дебелина на слојот на регион на исцрпување е многу мала, во опсег на микрометри.