Điều gì là một Kết nối PN?

PN Junction là gì?

Định nghĩa PN Junction

PN junction được định nghĩa là giao diện giữa vật liệu bán dẫn loại p và loại n trong một tinh thể.

Tạo ra PN Junction

Bây giờ hãy xem xét cách tạo ra pn junction này. Có rất nhiều lỗ trống trong vật liệu bán dẫn loại p và có rất nhiều electron tự do trong vật liệu bán dẫn loại n.

Trong vật liệu bán dẫn loại p, có nhiều nguyên tử tạp chất bậc ba, và lý tưởng nhất, mỗi lỗ trống trong vật liệu bán dẫn loại p liên kết với một nguyên tử tạp chất bậc ba.

Chúng ta sử dụng từ 'lý tưởng' vì chúng ta bỏ qua các electron và lỗ trống được tạo ra bởi nhiệt trong tinh thể. Khi một electron lấp đầy một lỗ trống, nguyên tử tạp chất liên kết với lỗ trống đó trở thành ion âm.

Vì nó chứa thêm một electron. Do các nguyên tử tạp chất bậc ba chấp nhận electron và trở nên mang điện âm, tạp chất được gọi là tạp chất chấp nhận. Các nguyên tử tạp chất thay thế số lượng bằng nhau của các nguyên tử bán dẫn trong tinh thể và đặt mình vào cấu trúc tinh thể.

Do đó, các nguyên tử tạp chất tĩnh trong cấu trúc tinh thể. Khi các nguyên tử tạp chất bậc ba chấp nhận electron tự do và trở thành ion âm, các ion vẫn giữ nguyên vị trí. Tương tự, khi một tinh thể bán dẫn được pha tạp với tạp chất bậc năm, mỗi nguyên tử tạp chất thay thế nguyên tử bán dẫn trong cấu trúc tinh thể; do đó, các nguyên tử tạp chất này cũng tĩnh trong cấu trúc tinh thể.

Mỗi nguyên tử tạp chất bậc năm trong cấu trúc tinh thể có một electron thừa ở quỹ đạo ngoài cùng mà nó có thể dễ dàng loại bỏ như một electron tự do. Khi nó loại bỏ electron đó, nó trở thành ion dương.

Do các nguyên tử tạp chất bậc năm cung cấp electron cho tinh thể bán dẫn, chúng được gọi là tạp chất cung cấp. Chúng ta thảo luận về các nguyên tử tạp chất chấp nhận và cung cấp tĩnh vì chúng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành PN junction.

Khi vật liệu bán dẫn loại p tiếp xúc với vật liệu bán dẫn loại n, các electron tự do trên vật liệu bán dẫn loại n gần kề với khớp trước tiên di chuyển đến vật liệu bán dẫn loại p do khuếch tán vì nồng độ electron tự do cao hơn nhiều trong vùng n so với vùng p.

Các electron đến vùng p sẽ kết hợp với các lỗ trống đầu tiên mà chúng gặp phải. Điều đó có nghĩa là các electron tự do từ vùng n sẽ kết hợp với các nguyên tử tạp chất chấp nhận gần kề với khớp. Hiện tượng này tạo ra ion âm.

Khi các nguyên tử tạp chất chấp nhận gần kề với khớp trong vùng p, trở thành ion âm, sẽ có một lớp ion âm tĩnh trong vùng p liền kề với khớp.

Các electron tự do trong vùng n sẽ di chuyển trước đến vùng p hơn là các electron tự do trong vùng n xa khớp. Điều này tạo ra một lớp ion dương tĩnh trong vùng n liền kề với khớp.

Sau khi hình thành đủ dày lớp ion dương trong vùng n và lớp ion âm trong vùng p, sẽ không còn khuếch tán electron từ vùng n sang vùng p nữa vì có một bức tường âm phía trước các electron tự do. Cả hai lớp ion này tạo thành PN junction.

Vì một lớp mang điện âm và lớp khác mang điện dương, một tiềm năng điện hình thành qua khớp, hoạt động như một rào cản tiềm năng. Rào cản tiềm năng này phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn, mức độ pha tạp và nhiệt độ.

Đã tìm thấy rằng rào cản tiềm năng cho bán dẫn germani là 0,3 volt ở 25oC, và đối với bán dẫn silicon là 0,7 volt ở cùng nhiệt độ.

Rào cản tiềm năng này không chứa bất kỳ electron tự do hay lỗ trống nào vì tất cả các electron tự do đã kết hợp với các lỗ trống trong vùng này và do sự suy giảm của các hạt mang điện (electron hoặc lỗ trống) trong vùng này, nó cũng được gọi là vùng suy giảm. Mặc dù khuếch tán của các electron tự do và lỗ trống dừng lại sau khi tạo ra một lớp suy giảm đủ dày, thực tế thì độ dày của lớp suy giảm này rất nhỏ, chỉ trong khoảng micromet.