Acasă » Electronică analogică » 02 - Fizica dispozitivelor semiconductoare
- Joncţiunile PN sunt fabricate dintr-o pastilă de material semiconductor şi conţin atât regiuni dopate cu materiale de tip P cât şi regiuni dopate cu materiale de tip N, regiuni separate printr-o joncţiune
- Transferul electronilor de la materialul de tip N spre golurile materialului de tip P, produce o barieră de potenţial în jurul joncţiuni. Valoarea acesteia este de 0,6-0,7 V pentru siliciu, dar poate varia în cazul altor semiconductoare
- Joncţiunea PN polarizată direct, conduce curent electric
- Joncţiunea PN polarizată invers, nu conduce aproape deloc curent
[block:adsense_managed=1]
Formarea joncţiunii PN
Două blocuri distincte de material semiconductor
Dacă un bloc de material semiconductor de tip P este adus în contact cu un bloc de material semiconductor de tip N (figura alăturată), rezultatul este nesatisfăcător. Vom avea două blocuri conductoare aflate în contact unul cu celălalt, dar fără proprietăţi unice. Problema constă în existenţă a două corpuri cristaline distincte şi separate. Numărul de electroni este echilibrat de numărul de goluri în ambele blocuri. Astfel, niciunul dintre cele două blocuri nu are o sarcină netă.
Utilizarea unui singur cristal semiconductor
Totuşi, dacă un singur cristal semiconductor este confecţionat (dopat) cu un material de tip P la un capăt, şi un material de tip N la celălalt capăt, combinaţia respectivă prezintă unele proprietăţi unice. În materialul de tip P, majoritatea purtătorilor de sarcină sunt goluri, aceştia putându-se deplasa liberi prin structura cristalului. În materialul de tip N majoritatea purtătorilor de sarcină sunt electroni, şi aceştia putându-se deplasa liberi prin structura cristalului. În jurul joncţiunii însă (intersecţia dintre cele două tipuri de materiale), electronii materialului N trec peste joncţiune şi se combină cu golurile din materialul P (figura alăturată). Regiunea materialului P din apropierea joncţiunii capătă o sarcină negativă datorită electronilor atraşi, iar regiunea materialului N din apropierea joncţiunii capătă o sarcină pozitivă datorită electronilor cedaţi. Stratul subţire al acestei structuri cristaline, dintre cele două sarcini de semne contrare, va fi „golit” de majoritatea purtătorilor de sarcină, prin urmare, acesta este cunoscută sub numele de zona de golire, şi devine un material semiconductor pur, non-conductor. De fapt, aproape că avem un material izolator ce separă cele două regiuni conductive P şi N.
Bariera de potenţial
Această separare de sarcini în jurul joncţiunii P-N (zona de golire) constituie în fapt o barieră de potenţial. Această barieră de potenţial trebuie să fie „învinsă” de o sursă de tensiune externă pentru a se putea comporta precum un material conductor. Formarea joncţiunii şi a barierei de potenţial are loc în timpul procesului de fabricaţie. „Înălţimea” barierei de potenţial depinde de materialele folosite pentru fabricarea acestuia. Joncţiunile PN din siliciu au o barieră de potenţial mai ridicată decât joncţiunile fabricate din germaniu.
Polarizarea directă a joncţiunii PN
În figura alăturată , bateria este poziţionată astfel încât electronii să se deplaseze dinspre terminalul negativ înspre materialul de tip N. Aceşti electroni se adună în jurul joncţiunii. Terminalul pozitiv înlătură electronii din materialul semiconductor de tip P, ceea ce duce la crearea golurilor ce se îndreaptă şi ele spre joncţiune. Dacă tensiunea bateriei este suficient de mare pentru a depăşi potenţialul joncţiunii (0,6 V în cazul siliciului), electronii materialului N şi golurile materialului P se combină şi se anihilează reciproc. Acest lucru duce la crearea unui spaţiu liber în structura materialului ce poate susţine o deplasare şi mai mare de purtători de sarcină spre joncţiune. Astfel, curenţii purtătorilor de sarcină majoritari de tip N (electroni) şi de tip P (goluri) se deplasează înspre joncţiune. Recombinarea ce are loc la joncţiune permite curentului bateriei să se „deplaseze” prin joncţiunea PN a unei astfel de diode. În acest caz, spunem că o astfel de joncţiune este polarizată direct.
Polarizarea inversă a joncţiunii PN
Dacă polaritatea bateriei este inversată (figura alăturată), majoritatea purtătorilor de sarcină vor fi atraşi dinspre joncţiune spre terminalii bateriei. Terminalul pozitiv al bateriei atrage purtătorii de sarcină majoritari (electronii) ai materialului N, iar terminalu negativ al bateriei atrage purtătorii de sarcină majoritari (golurile) ai materialului P. Acest fapt duce la creşterea grosimii zonei de golire non-conductive. Nu are loc nicio recombinare a purtătorilor de sarcină, prin urmare, nu are loc nicio conducţie. În acest caz, spunem că joncţiunea PN este polarizată invers.
Ceea ce am creat mai sus prin doparea aceluiaşi cristal atât cu material de tip N cât şi cu material de tip P, este o diodă.