A PN-átmenetek

2015.10.13 15:30

A PN-átmenetek

A félvezetők felépítésében P-típusú és N-típusú rétegek egyaránt megtalálhatóak. Ezen különböző vezetőképességű rétegek között, a szennyezőatomok eloszlásának a változása lép fel. Abban az esetben, amikor a szennyezőatomok koncentrációjának változása a vezetés típusának megváltozásával egy maximálisan 1 µm szélességű zónában jön létre, akkor egy PN-átmenetet kapunk. A félvezető eszközök működési paramétereinek jelentős részét a PN-átmenet tulajdonságai határozzák meg.

A határréteg
A PN-átmenet kialakulása. Tételezzük fel, hogy a két réteg kezdetben elektromosan semleges. A két réteg érintkezési felületénél a töltéshordozók koncentrációkülönbsége kis mértékű diffúziót indít meg: az N-rétegből elektronok diffundálnak át a P-szennyezettségű rétegbe, a pozitív töltésű lyukak pedig a P-szennyezettségű rétegből átdiffundálódnak az N-rétegbe.

Amikor az N-rétegből kiinduló elektronok áthaladnak a határrétegen, egy olyan tartományba érkeznek, ahol igen nagy a pozitív töltésű lyukak sűrűsége. Mivel itt a rekombináció valószínűsége nagy, az elektron, mint szabad töltéshordozó rövid idő alatt megszűnik.

Hasonló folyamaton megy keresztül a pozitív töltésű lyuk az N-szennyezettségű rétegben. Ennek következtében az átmenet környezetében, szennyezéstől függően, a félvezető anyag töltéshordozókban elszegényedik és egy úgynevezett határréteg (tértöltésű tartomány) alakul ki.

A PN-átmenet egy nagyon vékony réteg, amely vastagsága 1 µm és 10 nm között változik. A határréteg két oldalán kialakul egy belső potenciálgát, amelyet Ud diffúziós feszültségnek nevezzük. Ennek nagysága szilícium félvezető esetén 0,6-0.7 V körüli érték.


A valóságban a két réteg szennyezése csak nagyon ritkán egyforma, ezért a tértöltési tartománya kevésbé szennyezett területen nagyobb kiterjedésű.