O que é uma junção PN?

O que é uma junção PN?

Definição de Junção PN

Uma junção PN é definida como uma interface entre materiais semicondutores de tipo p e n em um único cristal.

Criar uma Junção PN

Vamos agora examinar como esta junção pn é criada. Existem muitos buracos no semicondutor de tipo p e muitos elétrons livres no semicondutor de tipo n.

Novamente, no semicondutor de tipo p, existem vários átomos de impureza trivalentes, e idealmente, cada buraco no semicondutor de tipo p está associado a um átomo de impureza trivalente.

Usamos a palavra 'ideal' porque negligenciamos os elétrons e buracos gerados termicamente no cristal. Quando um elétron preenche um buraco, o átomo de impureza associado a esse buraco se torna um íon negativo.

Isso ocorre porque agora contém um elétron extra. Como os átomos de impureza trivalentes aceitam elétrons e se tornam carregados negativamente, a impureza é chamada de impureza aceitadora. Os átomos de impureza substituem um número igual de átomos do semicondutor no cristal e se posicionam na estrutura cristalina.

Portanto, os átomos de impureza são estáticos na estrutura cristalina. Quando esses átomos de impureza trivalentes aceitam elétrons livres e se tornam íons negativos, os íons permanecem estáticos. Da mesma forma, quando um cristal de semicondutor é dopado com impureza pentavalente, cada átomo de impureza substitui um átomo de semicondutor na estrutura cristalina; portanto, esses átomos de impureza se tornam estáticos na estrutura cristalina.

Cada átomo de impureza pentavalente na estrutura cristalina tem um elétron extra na órbita mais externa, que pode facilmente remover como um elétron livre. Quando remove esse elétron, ele se torna um íon positivamente carregado.

Como os átomos de impureza pentavalentes doam elétrons ao cristal de semicondutor, eles são chamados de impurezas doadoras. Discutimos átomos de impureza aceitadora e doadora estáticos porque eles desempenham um papel crucial na formação da junção PN.

Vamos chegar ao ponto em que um semicondutor de tipo p entra em contato com um semicondutor de tipo n, os elétrons livres no semicondutor de tipo n mais próximos da junção primeiro migram para o semicondutor de tipo p devido à difusão, pois a concentração de elétrons livres é muito maior na região de tipo n do que na região de tipo p.

Os elétrons que chegam à região p combinarão com os buracos que encontrarem primeiro. Isso significa que os elétrons livres vindos da região de tipo n combinarão com os átomos de impureza aceitadora próximos à junção. Este fenômeno cria íons negativos.

Conforme os átomos de impureza aceitadora próximos à junção na região de tipo p se tornam íons negativos, haverá uma camada de íons negativos estáticos na região p adjacente à junção.

Os elétrons livres na região de tipo n migrarão primeiro para a região de tipo p do que os elétrons livres na região de tipo n afastados da junção. Isso cria uma camada de íons positivos estáticos na região de tipo n adjacente à junção.

Após a formação de uma camada suficientemente espessa de íons positivos na região de tipo n e uma camada de íons negativos na região de tipo p, não haverá mais difusão de elétrons da região de tipo n para a região de tipo p, pois há uma barreira negativa à frente dos elétrons livres. Essas duas camadas de íons formam a junção PN.

Como uma camada está negativamente carregada e a outra positivamente, forma-se um potencial elétrico através da junção, atuando como uma barreira de potencial. Este potencial de barreira depende do material semicondutor, nível de doping e temperatura.

Foi encontrado que o potencial de barreira para o semicondutor de germânio é de 0,3 volt a 25oC, e para o semicondutor de silício é de 0,7 volt na mesma temperatura.

Esta barreira de potencial não contém nenhum elétron ou buraco livre, pois todos os elétrons livres estão combinados com buracos nesta região e, devido à depleção de portadores de carga (elétrons ou buracos) nesta região, também é chamada de região de depleção. Embora a difusão de elétrons e buracos livres pare após a criação de uma certa camada de depleção, praticamente a espessura desta camada de depleção é muito pequena, na faixa de micrômetros.