PN-kryss

Begrepet pn-kryss indikerer grensesnittet som skiller delene av en halvleder som er utsatt for ulike typer doping .

Pn-krysset er sammensatt av to soner: en med et overskudd av hull ( p - lag ) og en med et overskudd av elektroner ( n -lag ). Overskudd av elektroner og hull oppnås ved doping, med ulike teknikker. Begrepet knutepunkt refererer til regionen der de to typene doping (P og N) møtes. Grenseområdet mellom P-type og N-type blokker kalles romladning (eller utarming) sone/region ; i dette volumet diffunderer bærerne på henholdsvis p -siden og n -siden foran den sterke gradienten på grunn av forskjellige typer doping inn i den tilstøtende halvlederen (genererer en diffusjonsstrøm), og etterlater de ioniserte atomene til dopingene ukompensert, som igjen vil generere en potensialforskjell, et elektrisk felt og, ved å flytte bærerne, en medbringerstrøm som motsetter diffusjonsstrømmen; den konstante potensialforskjellen som genereres av dopingmaterialets ioner kalles den innebygde spenningen . Bredden på romladningssonen avhenger av dopingen og er på hver side omvendt proporsjonal med dopingen av halvlederen.

Siden den elektriske ladningen til de negative ionene perfekt må kompensere for de positive ionene vil vi ha: hvor og er konsentrasjonene til akseptor- og donoratomene, og utvidelsen av utarmingsområdet til henholdsvis p- og n-sonen.

Pn-krysset er grunnlaget for halvlederenheter som koblingsdiode , transistor , LED og solcelle .

Beskrivelse

Pn-krysset har noen interessante egenskaper som utnyttes i moderne elektronikk. Spesielt dannes et tynt nøytralt lag kalt utarmingslaget der en doping av P-type nærmer seg uten kontakt til en doping av N-type. Dopete halvledere (både N-type og P-type) er ledere både jo høyere doping , jo høyere bedre har utarmingsområdet egenskapene til en isolator. PN-kryss brukes ofte som dioder : elektroniske enheter som lar strømmen flyte i én retning, men ikke motsatt. Dette resultatet kan oppnås ved å øke eller redusere utvidelsen av det ikke-ledende laget (den utarmede sonen ) takket være effektene av omvendt polarisering og foroverpolarisering , der begrepet polarisering indikerer påføringen av en elektrisk spenning til pn-overgangen. Den ytre spenningen påvirker faktisk størrelsen, og tiltrekker seg et større eller mindre antall bærere; avhengig av tettheten av tilgjengelige bærere, og derfor av typen valgt halvleder og typen doping som den ble produsert med, vil det være mulig å variere utvidelsen av utarmingsregionen med en ytterligere grad av frihet .

Direkte og invers polarisering

Pn-krysset kan brukes som en diode på grunn av dets ledningsegenskaper i foroverforspenning og omvendt forspenningsregime. En pn junction diode lar elektriske ladninger strømme i én retning, men ikke motsatt. Når pn-overgangen er direkte forspent, reduseres potensialforskjellen over krysset, og dette fører til at en betydelig strøm flyter mot katoden. Når pn-overgangen er omvendt polarisert, øker imidlertid potensialbarrieren ved krysset (og dermed også motstanden) og reversstrømmen som kan flyte mot anoden er svært lav.

Direkte polarisering

Direkte skjevhet oppstår når den positive terminalen er koblet til P - type-regionen og den negative terminalen til N-type- regionen .

I denne konfigurasjonen skyves hullene i P-typen og elektronene i N-typen mot krysset. Dette reduserer amplituden til den utarmede sonen, og den positive spenningen som påføres enheten konsentreres nesten fullstendig i endene av romladningssonen, og senker potensialbarrieren . I denne situasjonen skapes det en merkbar ubalanse mellom strømmene av majoritets- og minoritetsgrupper som krysser krysset i motsatt retning; resultatet er en strøm av ladninger, og derfor en strøm, som varierer eksponentielt med den påførte spenningen. Når den påførte spenningen er lik den som genereres av de faste ladningene (ioniserte dopantatomer), er bærerne fritt til å bevege seg og spennings-strømkarakteristikken er lineær, dvs. at materialet oppfører seg som en ohmsk leder.

Omvendt polarisering

Omvendt skjevhet oppnås ved å koble den negative terminalen til P-type- regionen og den positive terminalen til N-type- regionen .

Siden P-type-området er koblet til den negative terminalen til strømforsyningen, skyves hullene i P-type-området bort fra krysset, og øker bredden på den utarmede sonen. Det samme skjer i N-type sonen, hvor elektroner skyves bort fra krysset på grunn av virkningen av den positive terminalen til strømforsyningen. Dette øker amplituden til den utarmede sonen, og den negative spenningen som påføres enheten konsentreres nesten fullstendig i endene av romladningssonen, og hever potensialbarrieren . Også her skapes det en ubalanse mellom majoritets- og minoritetsstrømmene som krysser krysset i motsatt retning og også her er resultanten en strøm av ladninger, og derfor en strøm, som varierer eksponentielt med den påtrykte spenningen. Resultatet er imidlertid veldig forskjellig fordi eksponentialen er negativ, og derfor er den resulterende reversstrømmen veldig liten.

Ideell karakteristikk for pn-krysset

Fra oppførselen i forover og bakover polarisering henter den ideelle karakteristikken til pn-krysset ( diode ), dvs. forholdet IV:

Andre veikryss

Kontakt mellom metallterminalene og halvledermaterialet skaper også spesielle koblinger kalt Schottky-dioder . I en forenklet ideell situasjon ville ikke en halvlederdiode fungere fordi den ville være sammensatt av flere dioder koblet i serie. I praksis reduserer overflateurenheter på den delen av halvlederen som berører metallterminalene, bredden av de uthulede områdene til et slikt punkt at metall/halvlederforbindelsene ikke retter opp (de fungerer som dioder som alltid er på uavhengig av den påførte spenningen).

Av en annen type er heterojunctions , som oppnås fra kontakten mellom to halvledere av forskjellig natur. Et eksempel er heteroforbindelsene mellom silisium og germanium, eller de mellom polymere halvledere.

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker