Złącze p-n

Środa, Sierpień 15, 2011 Napisane przez Admin

Złączem p-n nazywamy granicę istniejącą w półprzewodniku między dwoma obszarami typu n i typu p. Złącze występuje w rejonie, gdzie koncentracje donorów i akceptorów są sobie równe. Nagła zmiana koncentracji swobodnych elektronów na złączu powoduje przepływ dyfuzyjny elektronów z obszaru typu n do obszaru typu p i odwrotnie — dziur z obszaru typu p do obszaru typu n. Jak wynika z budowy półprzewodników, zjonizowane atomy domieszek w obszarze typu p (jony ujemne) i w obszarze typu n (jony dodatnie) są ściśle związane z siatką krystaliczną. Na skutek odejścia od nich elektronów i dziur po obu stronach złącza powstaną warstwy ładunku przestrzennego niezneutralizowanego (rys. 1.4). Jony ujemne nieruchome półprzewodnika typu p znajdujące się w pobliżu złącza będą oddziaływały przyciągająco na dziury, które przeszły do półprzewodnika typu n. Podobnie jony dodatnie domieszek półprzewodnika typu n z obszaru złącza będą przyciągały elektrony swobodne, które przeszły do obszaru typu p.

Powstałe pole elektryczne pomiędzy jonami dodatnimi półprzewodnika typu n a jonami ujemnymi półprzewodnika typu p przeciwdziała dalszemu przechodzeniu nośników ruchomych do sąsiednich obszarów. Pomiędzy naelektryzowanym dodatnio obszarem w półprzewodniku typu n a ujemnie naelektryzowanym obszarem w półprzewodriiku typu p powstanie więc różnica potencjałów (rzędu kilkuset miliwoltów). Przy takiej różnicy potencjałów tworzy się tzw. bariera potencjału.

Współczesna teoria złącza półprzewodnikowego p-n opiera się na założeniu Shockleya o istnieniu obszaru zubożonego, tj. praktycznie pozbawionego nośników ładunku w strefie przejściowej złącza p-n. Należy dodać, że opierając się na teorii Shockleya nie można w pełni wytłumaczyć pewnych szczególnych właściwości złącza, a przede wszystkim zjawisk związanych z lokalnie ujemnym nachyleniem charakterystyki napięcio- wo-prądowej, co ma miejsce w diodzie tunelowej, których odkrywcą jest L. Esaki (w 1958 r.).

Uwaga. Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach są w rzeczywistości bardziej złożone niż zostało to tutaj ogólnie opisane i nie podlegają ściśle prawom makroskopowym ruchu nośników elektryczności w ciele stałym pod wpływem pola elektrycznego.