Elektron lyukú csomópont (p-n csomópont)
A félvezetőkön keresztüli elektromos átmenet két régió közötti határréteg, amelynek fizikai jellemzői lényegesen különböznek egymástól.
A legtöbb félvezető eszköz működése egy félvezető két régiója közötti egy vagy több átmenet használatával, más típusú elektromos vezetőképességgel rendelkezik.
P-n csomópont alakul ki a különböző vezetőképességű félvezetők mechanikai csatlakoztatása során.
Az átmenetet létrehozó p- és n-típusú régiókban lévő félvezetőkben az alábbi térbeli területek különböztethetők meg:
- metallurgikus átmenet (érintkezés, határ) - egy képzeletbeli sík, amely elválasztja a p- és n-régiókat;
- az átmeneti régió, vagy a térfeltöltési régió vagy a kimerült rész a kohászati határ mindkét oldalán szaporodó régió (a gyártási technológiától függően 1 μm és 0,1 μm vastagságú);
- semleges régiók (p- és n-régiók), amelyek a térfelvevő régió és az n- és p-típusú félvezetők határai között helyezkednek el;
- ohmikus kapcsolatok azok a következtetések, amelyekkel a semleges régiók véget érnek.
Nézzünk egy olyan éles és lépcsős pn csomópont modelljét, amelyben a szennyező atomok koncentrációja hirtelen változik a Nd értékétől az n tartományban Na értékéig a p. Régióban.
Azt is feltételezzük, hogy az átmenet szimmetrikus, amelynek állapota Nd = Na. Ha Nd ≠ Na - az átmenet aszimmetrikus.
Nd> Na esetében az átmenet jelölése;
A Nd Az átmeneti modell olyan koncepciók alapján épül fel, mint: - az átmeneti régió vastagsága d; - az E belső elektromos mező maximális intenzitása; - elektromos töltéssűrűség Q. A p-n átmenet paramétereinek eloszlásának diagramja (szimmetrikus) Nn = Pp. (Pn = Np); Nn >> Pn; Pp >> Np a rajzon látható.
A paraméterek eloszlásának diagramja a p-n csomópontban.
1) a donorok és akceptorok koncentrációjának eloszlása;
2) az elektronok és lyukak koncentrációjának eloszlása;
3) az érintkezési potenciálkülönbség eloszlása;
4) a térerősség eloszlása.
Abban az esetben, kapcsolati heterogén félvezetők indul intenzív diffúzió töltéshordozók. mert elektron koncentráció a n-régió nagyobb, mint p-régió (Nn >> Np), majd néhány az elektronok n-szórt régió a p-régió. A p-régióban a kohászati határértékek felesleges elektronokat, hogy elfoglalja az üres kovalens kötés, amely csökkenti a koncentrációt a határréteg hoz létre lyukakat és egy réteg negatív rögzített díjak (ionok) akceptorok.
Mivel az n régióban lévő elektronok némelyike átjutott a p területre, akkor az n régió határrétegében lévő elektronok koncentrációja csökken, és a donoratomok nem kompenzált pozitív ionjai jelenhetnek meg.
Így a kohászati határ körül egy ellentétes töltésű, helyhez kötött töltetek (donor és akceptorionok) kettős rétege képződik. Ez a réteg neve p-n csomópont vagy blokkoló réteg; meghatározza a Ge - (0.2 ÷ 0.3) V, a Si - (0.7 ÷ 0.8) V. érintkezési potenciálkülönbségét (potenciális gát).
Az ilyen elektronátmenetek mindaddig folytatódnak, amíg a potenciális gát elektromos mezője olyan magasra nő, hogy az elektronenergia már nem elégséges ezen a területen.
A potenciális gát egy retardáló mezőt hoz létre a fő töltéshordozók számára, és megakadályozza az elektronok p-régióba való áthelyezését, lyukakat az n-régióba.
Nem fő töltéshordozók esetén (az n-régióban lévő lyukak és a p-régió elektronjai) a potenciális gát mezője felgyorsul. Ennek eredményeként a kisebbségi fuvarozókat a p-n csomóponton (sodrás áram) keresztül továbbítják. Az átmeneti régión áthaladó, nem bázikus töltéshordozók semlegesítik a két jel ionjainak egy részét, ami a potenciális gát csökkenéséhez és a fő hordozók diffúziós áramának növekedéséhez vezet. így A p-n átmenet során dinamikus egyensúly alakul ki.
A fő hordozók diffúziós áramainak iránya ellentétes a kisebbségi hordozók sodratáramának irányával, a pn csomóponton keresztül.
mert egy elszigetelt félvezetőben a kapott áramsűrűség nulla, akkor meghatározható a dinamikus egyensúly állapota:
Az érintkezési potenciálkülönbség értékét a Fermi szintje határozza meg n- és p-típusú félvezetőkben:
Az egyensúlyi állapot p-n csomópontjának vastagsága meghatározható:
,
hol van a félvezető relatív permittivitása,
A levegő dielektromos állandója,
- a félvezető abszolút dielektromos állandója:
A p-n csomópontban levő E elektromos térerősséget az érintkezési potenciálkülönbség deriváltja határozza meg x:
.
A p-n csomópont egyensúlyi állapotának megsértése megszakadhat, ha a külső feszültség ohmos érintkezőihez csatlakozik. A külső feszültség polaritásától és nagyságától függően a p-n csomóponton átmenő áram és annak nagysága másnak tűnik.