Šta je PN prelaz?

Šta je PN prelaz?

Definicija PN prelaza

PN prelaz se definiše kao sučelje između p-tipa i n-tipa poluprovodnih materijala u jednom kristalu.

Napravite PN prelaz

Sada ćemo ispitati kako se ovaj pn prelaz stvara. U p-tipu poluprovodnika ima mnogo rupa, a u n-tipu poluprovodnika ima mnogo slobodnih elektrona.

Opet, u p-tipu poluprovodnika, postoji veliki broj trivalentnih impuritnih atoma, i idealno, svaka rupa u p-tipu poluprovodnika je povezana sa jednim trivalentnim impuritnim atomom.

Koristimo reč ‘idealno’ jer zanemarujemo termalno generisane elektrone i rupe u kristalu. Kada elektron popuni rupu, impuritni atom povezan sa tom rupom postaje negativni jon.

Zato što sada sadrži dodatnog elektrona. Kako trivalentni impuritni atomi prihvaćaju elektrone i postaju negativno naelektrisan, impurit se naziva akceptor impurit. Impuritni atomi zamenjuju jednak broj atoma poluprovodnika u kristalu i smještaju se u kristalnu strukturu.

Stoga su impuritni atomi statički u kristalnoj strukturi. Kada ovi trivalentni impuritni atomi prihvate slobodne elektrone i postaju negativni joni, joni ostaju statički. Slično tome, kada se kristal poluprovodnika dopira pentavalentnim impuritom, svaki atom impurita zamenjuje atom poluprovodnika u kristalnoj strukturi; stoga ti impuritni atomi postaju statički u kristalnoj strukturi.

Svaki pentavalentni impuritni atom u kristalnoj strukturi ima jedan dodatni elektron u najspoljašnjem orbitu koji može lako ukloniti kao slobodni elektron. Kada ukloni taj elektron, postaje pozitivno naelektrisan jon.

Budući da pentavalentni impuritni atomi doniraju elektrone kristalu poluprovodnika, oni se nazivaju donor impuriti. Razmatramo statičke akceptor i donor impuritne atome jer igraju ključnu ulogu u formiranju PN prelaza.

Dopustimo da p-tip poluprovodnika dođe u kontakt sa n-tipom poluprovodnika, slobodni elektroni na n-tipu poluprovodnika bliži prelazu prvo migriraju ka p-tipu poluprovodnika zbog difuzije, jer je koncentracija slobodnih elektrona mnogo veća u n-regioni od p-regione.

Elektroni koji stignu u p-region kombiniraju se sa prvima rupe koje pronađu. To znači da slobodni elektroni koji dolaze iz n-regiona kombiniraju se sa akceptor impuritnim atomima bližim prelazu. Ovaj fenomen pravi negativne jone.

Kako akceptor impuritni atomi bliži prelazu u p-regionu postaju negativni joni, bit će sloj negativnih statičnih jona u p-regionu uz prelaz.

Slobodni elektroni u n-regionu prvo migriraju u p-region umjesto slobodnih elektrona u n-regionu daleko od prelaza. To stvara sloj statičnih pozitivnih jona u n-regionu uz prelaz.

Nakon formiranja dovoljno debljeg sloja pozitivnih jona u n-regionu i negativnih jona u p-regionu, više neće biti difuzije elektrona iz n-regiona u p-region, jer je pred slobodne elektrone negativna prepreka. Oba sloja jona čine PN prelaz.

Budući da je jedan sloj negativno naelektrisan, a drugi pozitivno, električni potencijal nastaje preko prelaza, djelujući kao potencijalna prepreka. Ovaj potencijalna prepreka zavisi od materijala poluprovodnika, razinom dopiranja i temperature.

Utvrđeno je da je potencijalna prepreka za germanijev poluprovodnik 0,3 volta na 25°C, a za silicijev poluprovodnik 0,7 volta na istoj temperaturi.

Ovaj potencijalna prepreka ne sadrži nikakve slobodne elektrone ili rupe, jer su svi slobodni elektroni kombinirani sa rupama u toj regiji, a zbog iscrpljenosti nosača naboja (elektrona ili rupa) u toj regiji, naziva se i iscrpljena regija. Iako difuzija slobodnih elektrona i rupa prestaje nakon stvaranja određene debljine iscrpljene regije, praktično, debljina iscrpljene regije je vrlo mala, u opsegu mikrometara.