Kaj je PN prehod?

Kaj je PN prelom?

Definicija PN preloma

PN prelom se definira kot vmesnik med p-tipom in n-tipom polprevodniških materialov v enem kristalu.

Izdelava PN preloma

Nedavno bomo pregledali, kako je ta pn prelom ustvarjen. V p-tipu polprevodnika obstaja veliko luknja, v n-tipu pa veliko prostih elektronov.

V p-tipu polprevodnika je število trivalentnih nečistotnih atomov, in idealno je, da je vsaka luknja v p-tipu polprevodnika povezana z enim trivalentnim nečistotnim atomom.

Uporabljamo besedo 'idealno', ker zanemarimo termično generirane elektrone in luknje v kristalu. Ko elektron zaplni luknjo, postane nečistotni atom, povezan s to luknjo, negativna iona.

Ker zdaj vsebuje dodatnega elektrona. Ker trivalentni nečistotni atomi sprejemajo elektrone in postanejo negativno nabiti, so nečistote imenovane sprejemne nečistote. Nečistotni atomi nadomeščajo enako število atomov polprevodnika v kristalu in se postavijo v kristalno strukturo.

Zato so nečistotni atomi statični v kristalni strukturi. Ko ti trivalentni nečistotni atomi sprejmejo proste elektrone in postanejo negativne ionice, ostanejo ionice statične. Podobno, ko je kristal polprevodnika dopediran s petvalentnimi nečistotami, vsak atom nečistot nadomešča atom polprevodnika v kristalni strukturi; zato postanejo te nečistotne atome statični v kristalni strukturi.

Vsak petvalentni nečistotni atom v kristalni strukturi ima en dodaten elektron v najbolj oddaljenem obodu, ki ga lahko lažje odstrani kot prosta častica. Ko odstrani tega elektrona, postane pozitivno nabita iona.

Ker petvalentne nečistote donirajo elektrone kristalu polprevodnika, jih imenujemo donirne nečistote. Razpravljamo o statičnih sprejemnih in donirnih nečistotnih atomih, ker igrajo ključno vlogo pri oblikovanju PN preloma.

Pojdimo na točko, ko p-tip polprevodnika pride v stik z n-tipom polprevodnika, proste elektrone na n-tipu polprevodnika bližje prelomu prvi migrirajo k p-tipu polprevodnika zaradi difuzije, ker je koncentracija prostih elektronov veliko večja v n-regiju kot v p-regiju.

Elektroni, ki pridejo v p-regij, se kombinirajo z luknjami, ki jih najprej najdejo. To pomeni, da se proste elektrone, ki prihajajo iz n-regija, kombinirajo s sprejemnimi nečistotnimi atomi bližje prelomu. Ta pojav ustvari negativne ionice.

Ko se sprejemni nečistotni atomi bližje prelomu v p-regiju, postanejo negativne ionice, bo v p-regiju ob prelomu sloj negativnih statičnih ionov.

Prosti elektroni v n-regiju prvi migrirajo v p-regij, preden se prosti elektroni v n-regiju oddaljijo od preloma. To ustvari sloj statičnih pozitivnih ionov v n-regiju ob prelomu.

Po oblikovanju dovolj debelga sloja pozitivnih ionov v n-regiju in negativnih ionov v p-regiju, ne bo več difuzije elektronov iz n-regija v p-regij, ker je pred prostimi elektroni negativna stena. Ti oba sloja ionov tvorita PN prelom.

Ker je eden sloj negativno nabitan, drug pozitivno, se ob prelomu oblikuje električni potencial, ki deluje kot potencialna ovira. Ta ovira potenciala je odvisna od polprevodniškega materiala, stopnje dopiranja in temperature.

Odkrili so, da je ovira potenciala za germanijev polprevodnik 0,3 volt pri 25°C, za silicijev polprevodnik pa 0,7 volt pri isti temperaturi.

Ta potencialna ovira ne vsebuje nobenih prostih elektronov ali luknj, saj so vsi prosti elektroni v tej regiji kombinirani z luknjami, in zaradi isčrpavanja nosilcev naboja (elektronov ali luknj) v tej regiji, jo imenujemo tudi isčrpavana regija. Čeprav se difuzija prostih elektronov in luknj ustavi po ustvarjanju določene debelgine isčrpavane regije, je ta debelgina praktično zelo majhna, v obsegu mikrometrov.