PN Kelesi Nedir?

PN Kesiği Nedir?

PN Kesiği Tanımı

PN kesiği, tek bir kristalde p-tipi ve n-tipi yarıiletken malzemeler arasındaki arayüzü ifade eder.

Bir PN Kesiği Oluşturma

Şimdi bu pn kesiğinin nasıl oluşturulduğunu inceleyelim. P-tipi yarıiletkenlerde çok sayıda delik ve n-tipi yarıiletkenlerde çok sayıda serbest elektron bulunmaktadır.

Ayrıca p-tipi yarıiletkenlerde, üçlü valanslı katkı atomları bulunmaktadır ve ideal olarak, p-tipi yarıiletkenin her deliği bir üçlü valanslı katkı atomu ile ilişkilidir.

Burada 'ideal' kelimesini kullanıyoruz çünkü kristalde termal olarak oluşturulan elektronları ve delikleri ihmal ediyoruz. Bir elektron bir deliği doldurduğunda, o delikle ilişkili katkı atomu negatif bir iyon haline gelir.

Çünkü şimdi fazladan bir elektron içeriyor. Üçlü valanslı katkı atomları elektronları kabul ederek negatif yüklenirler, bu yüzden bu katkılar kabul katkıı olarak adlandırılır. Katkı atomları kristaldeki yarıiletken atomlarının eşit sayısını değiştirir ve kendilerini kristal yapıya yerleştirirler.

Bu nedenle, katkı atomları kristal yapıda statiktir. Bu üçlü valanslı katkı atomları serbest elektronları kabul ettiğinde ve negatif iyonlar haline geldiklerinde, iyonlar hala statik kalır. Benzer şekilde, bir yarıiletken kristali beşlü valanslı katkı ile doyurulduğunda, her katkı atomu kristal yapıdaki yarıiletken atomunu değiştirir; bu yüzden bu katkı atomları da kristal yapıda statiktir.

Kristal yapıdaki her beşlü valanslı katkı atomunun en dıştaki yörüngesinde kolayca çıkarabileceği bir fazladan elektrona sahiptir. Bu elektronu çıkardığında pozitif yüklü bir iyon haline gelir.

Beşlü valanslı katkı atomları yarıiletken kristale elektron bağışladıklarından, bu katkılar verici katkı olarak adlandırılır. Statik kabul ve verici katkı atomları hakkında konuşuyoruz çünkü bu atomlar PN kesiğini oluşturmakta önemli bir rol oynar.

P-tipi yarıiletken n-tipi yarıiletkenle temas ederken, n-tipi yarıiletkenin keşiğe yakın olan bölgesindeki serbest elektronlar difüzyon nedeniyle p-tipi yarıiletken bölgesine ilk önce göçer. Çünkü n-tipi bölgesindeki serbest elektron yoğunluğu, p-tipi bölgesindekinden daha fazladır.

P bölgeye gelen elektronlar, ilk buldukları deliklerle birleşir. Yani, n-tipi bölgesinden gelen serbest elektronlar, keşiğe yakın olan kabul katkı atomlarıyla birleşir. Bu olgu, negatif iyonlar oluşturur.

Keşiğe yakın olan p-tipi bölgesindeki kabul katkı atomları, negatif iyonlar haline geldikçe, keşiğe komşu p bölgesinde negatif statik iyonların bir tabakası oluşur.

N-tipi bölgesindeki serbest elektronlar, keşiğe uzak olan n-tipi bölgesindeki serbest elektronlardan önce p-tipi bölgeye göçer. Bu, keşiğe komşu n-tipi bölgesinde pozitif statik iyonların bir tabakasını oluşturur.

N-tipi bölgesinde yeterince kalın bir pozitif iyon tabakası ve p-tipi bölgesinde yeterince kalın bir negatif iyon tabakası oluştuğunda, n-tipi bölgesinden p-tipi bölgesine elektrostatik difüzyon artık devam etmez. Çünkü serbest elektronların önünde bir negatif duvar bulunur. Bu iki iyon tabakası, PN kesiğini oluşturur.

Bir tabakanın negatif yüklü olması ve diğerinin pozitif yüklü olması, keşiğin üzerinden bir elektrik potansiyeli oluşturur. Bu potansiyel bariyer, yarıiletken malzemesi, doyum seviyesi ve sıcaklık bağlıdır.

Germenyum yarıiletken için bariyer potansiyeli 25°C'de 0.3 volt, silikon yarıiletken için aynı sıcaklıkta 0.7 volt olarak bulunmuştur.

Bu potansiyel bariyer, bu bölgedeki tüm serbest elektronların deliklerle birleşmesi nedeniyle hiçbir serbest elektron veya delik içermemektedir. Şarj taşıyıcılarının (elektronlar veya delikler) bu bölgede tükenmesi nedeniyle, bu bölge ayrıca tükenmiş bölge olarak da adlandırılır. Serbest elektronların ve deliklerin difüzyonu, belirli bir kalınlıkta tükenmiş tabaka oluşturulduktan sonra durur, ancak bu tükenmiş tabakanın kalınlığı mikrometre ölçülerindedir.