Vad är en PN-förbindelse?
Vad är en PN-förbinder?
Definition av PN-förbinder
En PN-förbinder definieras som ett gränssnitt mellan p-typer och n-typer halvledarmaterial i en enda kristall.
Skapa en PN-förbinder
Låt oss nu undersöka hur denna PN-förbinder skapas. Det finns många hål i p-typer halvledare och många fria elektroner i n-typer halvledare.
I p-typer halvledare finns det ett antal trivalenta föroreningatomer, och idealiskt sett är varje hål i p-typer halvledaren förknippat med en trivalent föroreningatom.
Här använder vi ordet 'idealisk' eftersom vi bortser från termiskt genererade elektroner och hål i kristallen. När en elektron fyller ett hål, blir den föroreningatom som är förknippad med det hålet en negativ jon.
Eftersom den nu innehåller en extra elektron. Eftersom de trivalenta föroreningatomen accepterar elektroner och blir negativt laddade, kallas föroreningen för acceptorförorening. Föroreningatomen ersätter lika många halvledaratomer i kristallen och placerar sig i kristallstrukturen.
Därför är föroreningatomen statiska i kristallstrukturen. När dessa trivalenta föroreningatomer accepterar fria elektroner och blir negativa joner, förblir jonerna fortfarande statiska. På samma sätt, när en halvledarkristall dopas med pentavalent förorening, ersätter varje atom av förorening halvledaratomen i kristallstrukturen; därför blir dessa föroreningatomer statiska i kristallstrukturen.
Varje pentavalent föroreningatom i kristallstrukturen har en extra elektron i den yttre omloppsbana som den lätt kan ta bort som en fri elektron. När den tar bort den elektronen blir den positivt laddad jon.
Eftersom pentavalenta föroreningatomen ger elektroner till halvledarkristallen, kallas de för donorföroreningar. Vi diskuterar statiska acceptor- och donorföroreningatomer eftersom de spelar en nyckelroll i bildandet av PN-förbinder.
När en p-typer halvledare kommer i kontakt med en n-typer halvledare, migrerar de fria elektroner på n-typer halvledare närmare förbinder först till p-typer halvledare på grund av diffusion eftersom koncentrationen av fria elektroner är mycket större i n-typer region än i p-typer region.
Elektronerna som kommer till p-regionen kommer att kombinera sig med de hål de först hittar. Det betyder att de fria elektronerna som kommer från n-typer region kommer att kombinera sig med acceptorföroreningatomer nära förbinder. Detta fenomen skapar negativa joner.
Eftersom acceptorföroreningatomen nära förbinder i p-typer region, blir negativa joner, kommer det att finnas en lager av negativa statiska joner i p-regionen nära förbinder.
De fria elektronerna i n-typer region kommer först att migrera till p-typer region än de fria elektronerna i n-typer region borta från förbinder. Detta skapar en lager av statiska positiva joner i n-typer region nära förbinder.
Efter bildandet av tillräckligt tjocka lager av positiva joner i n-typer region och negativa joner i p-typer region, kommer det inte att finnas någon mer diffusion av elektroner från n-typer region till p-typer region eftersom det finns en negativ vägg framför de fria elektronerna. Båda dessa lager av joner bildar PN-förbinder.
Eftersom ett lager är negativt laddat och det andra är positivt laddat, bildas en elektrisk potential över förbinder, vilket fungerar som en potentialbarriär. Denna barriärpotential beror på halvledarmaterial, dopningsnivå och temperatur.
Det har visat sig att barriärpotentialen för germanium-halvledare är 0,3 volt vid 25°C, och för silicium-halvledare 0,7 volt vid samma temperatur.
Denna potentialbarriär innehåller inga fria elektroner eller hål eftersom alla fria elektroner har kombinerats med hål i denna region och på grund av utarmningen av laddningsbärare (elektroner eller hål) i denna region, kallas den också för utarmningsregion. Trots att diffusionen av fria elektroner och hål stannar efter skapandet av viss tjock utarmningslager, är denna tjocklek av utarmningslager praktiskt taget mycket liten, i en storleksordning av mikrometer.
