p-n-peralihan(n - negatif - negatif, elektronik, p - positif - positif, lubang), atau sambungan lubang elektron - sejenis homojunction, Zon p-n peralihan dipanggil kawasan semikonduktor di mana terdapat perubahan spatial dalam jenis kekonduksian daripada elektronik n ke lubang hlm.
Peralihan lubang elektron boleh dibuat dalam pelbagai cara:
- dalam isipadu bahan semikonduktor yang sama, didopkan dalam satu bahagian dengan kekotoran penderma ( n-region), dan dalam satu lagi - penerima ( hlm-wilayah);
- pada antara muka dua semikonduktor berbeza dengan jenis kekonduksian yang berbeza.
Jika p-n- peralihan diperoleh dengan menggabungkan kekotoran ke dalam semikonduktor kristal tunggal, kemudian peralihan daripada n- Kepada r-kawasan berlaku secara mendadak (peralihan tajam). Jika penyebaran kekotoran digunakan, peralihan yang lancar terbentuk.
Gambar rajah tenaga p-n-peralihan. a) Keadaan keseimbangan b) Dengan voltan hadapan dikenakan c) Dengan voltan terbalik dikenakan
Apabila dua kawasan bersentuhan n- Dan hlm- jenis, disebabkan oleh kecerunan kepekatan pembawa cas, penyebaran yang terakhir berlaku di kawasan dengan jenis kekonduksian elektrik yang bertentangan. DALAM hlm- kawasan berhampiran sentuhan selepas resapan lubang daripadanya, penerima terion terion tidak berkompensasi (cas pegun negatif) kekal, dan dalam n-wilayah - penderma terion tidak berkompensasi (cas pegun positif). Terbentuk kawasan caj ruang(SCR), terdiri daripada dua lapisan bercas bertentangan. Di antara cas bertentangan yang tidak berkompensasi bagi kekotoran terion, medan elektrik muncul, diarahkan dari n-kawasan ke hlm-rantau dan dipanggil medan elektrik resapan. Medan ini menghalang penyebaran lebih lanjut pembawa majoriti melalui hubungan - keadaan keseimbangan ditubuhkan (dalam kes ini, terdapat arus kecil pembawa majoriti disebabkan oleh penyebaran, dan arus pembawa minoriti di bawah pengaruh medan hubungan, arus ini saling mengimbangi). antara n- Dan hlm-kawasan, terdapat beza keupayaan yang dipanggil beza keupayaan sentuhan. Potensi n-rantau adalah positif berkenaan dengan potensi hlm-wilayah Biasanya beza keupayaan sentuhan ialah dalam kes ini ialah persepuluh volt.
Medan elektrik luaran mengubah ketinggian penghalang dan mengganggu keseimbangan aliran pembawa arus melalui penghalang. Jika potensi positif digunakan pada hlm-region, maka halangan berpotensi berkurangan (anjakan langsung), dan SCR mengecil. Dalam kes ini, dengan peningkatan voltan terpakai, bilangan pembawa majoriti yang mampu mengatasi halangan meningkat secara eksponen. Sebaik sahaja pembawa ini melepasi p - n-peralihan, mereka menjadi tidak penting. Oleh itu, kepekatan pembawa minoriti di kedua-dua belah simpang meningkat (suntikan pembawa minoriti). Serentak dalam hlm- Dan n-kawasan melalui kenalan masuk kuantiti yang sama daripada pembawa utama yang menyebabkan pampasan caj pembawa yang disuntik. Akibatnya, kadar penggabungan semula meningkat dan arus bukan sifar muncul melalui persimpangan, yang meningkat secara eksponen dengan peningkatan voltan.
Aplikasi potensi negatif kepada hlm-rantau (pincang songsang) membawa kepada peningkatan dalam halangan berpotensi. Penyebaran pembawa majoriti melalui persimpangan menjadi diabaikan. Pada masa yang sama, aliran pembawa minoriti tidak berubah (tiada halangan untuk mereka). Pembawa cas minoriti tertarik oleh medan elektrik ke dalam p-n-simpang dan melaluinya ke kawasan jiran (pengeluaran pembawa minoriti). Fluks pembawa minoriti ditentukan oleh kadar penjanaan haba pasangan lubang elektron. Pasangan ini meresap ke penghalang dan dipisahkan oleh medannya, menghasilkan p-n- arus simpang mengalir saya s(arus tepu), yang biasanya kecil dan hampir bebas daripada voltan. Oleh itu, ciri voltan semasa bagi simpang p-n mempunyai ketaklinear yang jelas. Apabila menukar tanda U nilai arus melalui simpang boleh berubah sebanyak 10 5 - 10 6 kali ganda. Terima kasih kepada ini p-n- simpang boleh digunakan untuk membetulkan arus ulang alik (diod).
Ciri voltan semasa
Untuk memperoleh pergantungan nilai semasa melalui p-n-peralihan daripada voltan pincang luaran V, kita mesti mempertimbangkan elektron dan arus lubang secara berasingan. Dalam apa yang berikut kita akan menandakan dengan simbol J ketumpatan fluks zarah, dan simbol j- ketumpatan arus elektrik; Kemudian j e = −eJ e , j h = eJ h.
Ciri voltan semasa p-n-peralihan. saya s- arus tepu, U pr- voltan kerosakan.
Pada V= 0 kedua-dua J e dan J h lenyap. Ini tidak bermakna, sudah tentu, tiada pergerakan pembawa individu melalui persimpangan, tetapi hanya bilangan elektron (atau lubang) yang sama bergerak dalam kedua-dua arah. Pada V≠ 0 bakinya terganggu. Pertimbangkan, sebagai contoh, arus lubang melalui lapisan penyusutan. Ia termasuk dua komponen berikut:
- Arus penjanaan n-wilayah dalam hlm-kawasan peralihan. Seperti namanya, arus ini disebabkan oleh lubang yang dijana secara langsung n-rantau lapisan penyusutan semasa pengujaan haba elektron daripada aras jalur valens. Walaupun kepekatan lubang tersebut (pembawa minoriti) dalam n-kawasan adalah sangat kecil berbanding dengan kepekatan elektron (majoriti pembawa) yang mereka mainkan peranan penting dalam pemindahan semasa melalui simpang. Ini berlaku kerana setiap lubang yang memasuki lapisan penyusutan segera dipindahkan ke hlm-kawasan di bawah pengaruh kuat medan elektrik, yang wujud di dalam lapisan. Akibatnya, magnitud arus penjanaan yang terhasil tidak bergantung pada nilai potensi perubahan dalam lapisan penyusutan, kerana sebarang lubang yang terdapat dalam lapisan dipindahkan dari n-wilayah dalam hlm-wilayah.
- Arus gabungan semula, iaitu arus lubang yang mengalir dari hlm-wilayah dalam n-wilayah. Medan elektrik dalam lapisan susutan menentang arus ini, dan hanya lubang yang mencapai sempadan lapisan susutan dengan tenaga kinetik yang mencukupi untuk mengatasi halangan berpotensi menyumbang kepada arus gabungan semula. Bilangan lubang tersebut adalah berkadar dengan e −eΔФ/kT dan oleh itu
Tidak seperti arus penjanaan, arus penggabungan semula sangat sensitif kepada magnitud voltan yang digunakan. V. Kita boleh membandingkan magnitud kedua-dua arus ini dengan menyatakan bahawa apabila V= 0 tiada jumlah arus melalui peralihan: J h rec (V = 0) = J h gen Ia berikutan daripada ini bahawa J h rec = J h gen e eV/kT. Jumlah arus lubang yang mengalir dari hlm-wilayah dalam n-region mewakili perbezaan antara arus penggabungan semula dan penjanaan:
J h= J h rec − J h gen = J h gen(e eV/kT − 1).
Pertimbangan serupa boleh digunakan untuk komponen arus elektron dengan satu-satunya perubahan bahawa arus penjanaan dan penggabungan semula elektron diarahkan bertentangan dengan arus lubang yang sepadan. Oleh kerana elektron mempunyai cas yang bertentangan, arus elektrik penjanaan dan penggabungan semula elektron bertepatan dengan arah arus elektrik penjanaan dan penggabungan semula lubang. Oleh itu, jumlah ketumpatan arus elektrik ialah j = e(J h gen + J e gen)(e eV/kT − 1).
Kapasiti p-n-ciri peralihan dan kekerapan
p-n-simpang boleh dianggap sebagai kapasitor rata, plat yang merupakan kawasan n- Dan hlm-jenis di luar peralihan, dan penebat adalah kawasan cas ruang, kehabisan pembawa cas dan mempunyai rintangan yang tinggi. Kapasiti ini dipanggil penghalang. Ia bergantung pada voltan terpakai luaran, kerana voltan luaran mengubah cas ruang. Sesungguhnya, peningkatan dalam halangan berpotensi semasa pincang songsang bermakna peningkatan dalam perbezaan potensi antara n- Dan hlm-kawasan semikonduktor, dan, oleh itu, peningkatan dalam cas isipadunya. Memandangkan caj angkasa adalah pegun dan dikaitkan dengan ion penderma dan penerima, peningkatan cas isipadu hanya boleh disebabkan oleh pengembangan kawasannya dan, akibatnya, penurunan dalam kapasiti elektrik simpang. Bergantung pada kawasan persimpangan, kepekatan dopan dan voltan terbalik, kapasitans penghalang boleh mengambil nilai daripada unit kepada ratusan picofarad. Kapasiti penghalang muncul pada voltan terbalik; dengan voltan terus ia terpesong dengan rintangan yang rendah p-n-peralihan. Varicaps berfungsi kerana kapasiti penghalang.
Selain kapasiti penghalang p-n- peralihan mempunyai apa yang dipanggil kapasiti penyebaran. Kapasiti resapan dikaitkan dengan proses pengumpulan dan penyerapan cas nonequilibrium dalam tapak dan mencirikan inersia pergerakan cas nonequilibrium dalam kawasan tapak. Kapasiti resapan adalah disebabkan oleh fakta bahawa peningkatan voltan sebanyak p-n-peralihan membawa kepada peningkatan dalam kepekatan pembawa majoriti dan minoriti, iaitu, kepada perubahan caj. Magnitud kemuatan resapan adalah berkadar dengan arus melalui p-n-peralihan. Apabila pincang ke hadapan digunakan, kemuatan resapan boleh mencapai puluhan ribu picofarad.
Litar setara p-n-peralihan. C b- kapasiti penghalang, C d - kapasiti penyebaran, R a- rintangan pembezaan p-n-peralihan, r- rintangan isipadu asas.
Jumlah kapasiti p-n-peralihan ditentukan oleh jumlah halangan dan kemuatan resapan. Litar setara p-n- peralihan kepada arus ulang alik dibentangkan dalam rajah. Dalam litar setara, selari dengan rintangan pembezaan p-n-peralihan R dan termasuk kemuatan resapan C d dan kapasiti penghalang DENGAN b; rintangan isipadu asas disambung secara bersiri dengannya r. Dengan peningkatan kekerapan voltan AC, difailkan pada p-n-peralihan, sifat kapasitif menjadi lebih dan lebih jelas, R a dihalang oleh kemuatan, dan jumlah rintangan p-n-peralihan ditentukan oleh rintangan isipadu tapak. Oleh itu, pada frekuensi tinggi p-n- peralihan kehilangan sifat linearnya.
Pecahan p-n-peralihan
Kerosakan diod- ini adalah fenomena peningkatan mendadak dalam arus terbalik melalui diod apabila voltan terbalik mencapai nilai kritikal tertentu untuk diod tertentu. Bergantung kepada fenomena fizikal, membawa kepada kerosakan, membezakan antara runtuhan salji, terowong, permukaan dan kerosakan haba.
- Kerosakan runtuhan salji(pengionan kesan) adalah mekanisme pecahan yang paling penting p-n-peralihan. Voltan kerosakan runtuhan salji menentukan had atas voltan terbalik kebanyakan diod. Pecahan dikaitkan dengan pembentukan longsoran pembawa cas di bawah pengaruh medan elektrik yang kuat, di mana pembawa memperoleh tenaga yang mencukupi untuk pembentukan pasangan lubang elektron baru akibat pengionan hentaman atom semikonduktor.
- Kerosakan terowong peralihan lubang elektron ialah kerosakan elektrik peralihan yang disebabkan oleh terowong mekanikal kuantum pembawa cas melalui celah jalur semikonduktor tanpa mengubah tenaganya. Terowong elektron adalah mungkin dengan syarat bahawa lebar halangan berpotensi yang perlu diatasi oleh elektron adalah cukup kecil. Untuk jurang jalur yang sama (untuk bahan yang sama), lebar halangan berpotensi ditentukan oleh kekuatan medan elektrik, iaitu, cerun tahap tenaga dan zon. Akibatnya, keadaan untuk terowong timbul hanya pada kekuatan medan elektrik tertentu atau pada voltan tertentu di persimpangan lubang elektron - pada voltan pecahan. Nilai kekuatan medan elektrik kritikal ini adalah lebih kurang 8∙10 5 V/cm untuk simpang silikon dan 3∙10 5 V/cm untuk simpang germanium. Oleh kerana kebarangkalian terowong sangat bergantung pada kekuatan medan elektrik, maka secara luaran kesan terowong menunjukkan dirinya sebagai pecahan diod.
- Kerosakan permukaan (arus bocor). Nyata p-n-simpang mempunyai bahagian yang memanjang ke permukaan semikonduktor. Disebabkan oleh kemungkinan pencemaran dan kehadiran cas permukaan antara kawasan p- dan n, filem konduktif dan saluran konduktif boleh dibentuk, yang melaluinya arus bocor I mengalir. Arus ini meningkat dengan peningkatan voltan terbalik dan boleh melebihi arus haba I 0 dan arus penjanaan I gen. Iut semasa bergantung lemah pada suhu. Untuk mengurangkan I ut, salutan filem pelindung digunakan.
- Kerosakan terma- ini adalah kerosakan, perkembangannya disebabkan oleh pembebasan haba dalam persimpangan elektrik pembetulan disebabkan oleh laluan arus melalui persimpangan. Apabila voltan terbalik digunakan, hampir kesemuanya turun ke p-n- persimpangan yang melaluinya terdapat, walaupun arus terbalik yang kecil. Kuasa yang dilepaskan menyebabkan pemanasan p-n-simpang dan kawasan bersebelahan semikonduktor. Sekiranya penyingkiran haba tidak mencukupi, kuasa ini menyebabkan peningkatan lagi dalam arus, yang membawa kepada kerosakan. Kerosakan terma, tidak seperti yang sebelumnya, tidak dapat dipulihkan.
Persimpangan P-N ialah titik dalam peranti semikonduktor di mana bahan jenis N dan bahan jenis P bersentuhan antara satu sama lain. Bahan jenis N biasanya dirujuk sebagai bahagian katod semikonduktor, dan bahan jenis P ialah bahagian anodik.
Apabila sentuhan berlaku antara kedua-dua bahan ini, elektron daripada bahan jenis-n mengalir ke dalam bahan jenis-p dan menyambung ke lubang yang terdapat di dalamnya. Kawasan kecil pada setiap sisi garisan hubungan fizikal antara bahan-bahan ini hampir tiada elektron dan lubang. Rantau dalam peranti semikonduktor ini dipanggil rantau penyusutan.
Kawasan penyusutan ini merupakan elemen utama dalam pengendalian mana-mana peranti yang mempunyai persimpangan P-N. Lebar kawasan penyusutan ini menentukan rintangan kepada aliran arus melalui simpang P-N, oleh itu rintangan peranti yang mempunyai simpang P-N sedemikian bergantung kepada saiz kawasan penyusutan ini. Lebarnya boleh berubah apabila sebarang voltan melalui persimpangan P-N ini. Bergantung kepada kekutuban yang digunakan potensi P-N Persimpangan boleh sama ada pincang ke hadapan atau pincang songsang. Lebar kawasan penyusutan, atau rintangan, peranti semikonduktor bergantung pada kedua-dua kekutuban dan magnitud voltan pincang yang digunakan.
Apabila simpang P-N adalah terus (dengan pincang ke hadapan), maka potensi positif dikenakan pada anod, dan potensi negatif dikenakan pada katod. Hasil daripada proses ini adalah penyempitan kawasan penyusutan, yang mengurangkan rintangan kepada aliran arus melalui persimpangan P-N.
Jika potensi meningkat, kawasan penyusutan akan terus berkurangan, seterusnya mengurangkan lagi rintangan kepada aliran arus. Akhirnya, jika voltan yang digunakan cukup tinggi, kawasan penyusutan akan menyempit ke titik rintangan minimum dan arus maksimum akan mengalir melalui persimpangan P-N, dan dengannya melalui keseluruhan peranti. Apabila persimpangan P-N dipincang ke hadapan dengan sewajarnya, ia memberikan rintangan minimum kepada aliran arus melaluinya.
Apabila simpang P-N adalah songsang (pincang songsang), potensi negatif dikenakan pada anod, dan potensi positif dikenakan pada katod.
Ini menyebabkan kawasan penyusutan berkembang, yang menyebabkan peningkatan rintangan kepada aliran arus. Apabila persimpangan P-N dipincang songsang, terdapat rintangan maksimum kepada aliran arus dan persimpangan itu bertindak pada asasnya sebagai litar terbuka.
Pada sesuatu yang tertentu nilai kritikal Pada voltan pincang songsang, rintangan kepada aliran arus yang berlaku di kawasan penyusutan diatasi dan arus meningkat dengan cepat. Voltan pincang songsang di mana arus meningkat dengan cepat dipanggil voltan pecahan.
Persimpangan p-n (pe-en) ialah kawasan ruang pada persimpangan dua semikonduktor jenis p dan n, di mana peralihan daripada satu jenis kekonduksian kepada yang lain berlaku, peralihan sedemikian juga dipanggil peralihan lubang elektron.
Terdapat dua jenis semikonduktor: jenis p dan n. Dalam jenis n, pembawa caj utama ialah elektron , dan dalam jenis p - yang utama dicas positif lubang-lubang. Lubang positif muncul selepas elektron dikeluarkan daripada atom dan lubang positif terbentuk di tempatnya.
Untuk memahami bagaimana simpang p-n berfungsi, anda perlu mengkaji komponennya, iaitu semikonduktor jenis p dan n.
Semikonduktor jenis P dan n dibuat berdasarkan silikon monohabluran, yang mempunyai tahap ketulenan yang sangat tinggi, jadi kekotoran yang sedikit (kurang daripada 0.001%) mengubahnya dengan ketara sifat elektrik.
Dalam semikonduktor jenis-n, pembawa cas utama ialah elektron . Untuk mendapatkannya mereka gunakan kekotoran penderma, yang dimasukkan ke dalam silikon,- fosforus, antimoni, arsenik.
Dalam semikonduktor jenis-p, pembawa cas utama bercas positif lubang-lubang . Untuk mendapatkannya mereka gunakan kekotoran penerima — aluminium, boron
Semikonduktor n - jenis (konduksi elektronik)
Atom fosforus kekotoran biasanya menggantikan atom utama di tapak kekisi kristal. Dalam kes ini, empat elektron valens atom fosforus bersentuhan dengan empat elektron valens empat atom silikon yang bersebelahan, membentuk cangkerang stabil lapan elektron. Elektron valens kelima atom fosforus ternyata terikat lemah pada atomnya dan di bawah pengaruh kuasa luar(getaran terma kekisi, medan elektrik luaran) dengan mudah menjadi bebas, mencipta peningkatan kepekatan elektron bebas . Crystal memperoleh kekonduksian elektronik atau kekonduksian jenis-n . Dalam kes ini, atom fosforus, tanpa elektron, terikat dengan tegar kekisi kristal silikon mempunyai cas positif, dan elektron adalah mudah alih cas negatif. Dengan ketiadaan daya luaran, mereka mengimbangi satu sama lain, iaitu dalam silikon jenis-nbilangan elektron pengaliran bebas ditentukan bilangan atom kekotoran penderma yang diperkenalkan.
Semikonduktor p - jenis (kekonduksian lubang)
Atom aluminium, yang hanya mempunyai tiga elektron valensi, tidak boleh secara bebas mencipta cangkang lapan elektron yang stabil dengan atom silikon jiran, kerana untuk ini ia memerlukan elektron lain, yang diambil dari salah satu atom silikon yang terletak berdekatan. Atom silikon yang tidak mempunyai elektron mempunyai caj positif dan, kerana ia boleh menangkap elektron daripada atom silikon jiran, ia boleh dianggap sebagai caj positif mudah alih yang tidak dikaitkan dengan kekisi kristal, dipanggil lubang. Atom aluminium yang telah menangkap elektron menjadi pusat bercas negatif, terikat tegar pada kekisi kristal. Kekonduksian elektrik semikonduktor sedemikian adalah disebabkan oleh pergerakan lubang, itulah sebabnya ia dipanggil semikonduktor lubang jenis p. Kepekatan lubang sepadan dengan bilangan atom kekotoran penerima yang diperkenalkan.
Sebilangan besar peranti semikonduktor moden beroperasi berkat fenomena yang berlaku pada sempadan bahan yang mempunyai jenis kekonduksian elektrik yang berbeza.
Terdapat dua jenis semikonduktor - n dan p. Ciri tersendiri bahan semikonduktor jenis-n ialah ia mengandungi cas elektrik bercas negatif elektron. DALAM bahan semikonduktor p-type, peranan yang sama dimainkan oleh yang dipanggil lubang-lubang, yang bercas positif. Ia muncul selepas atom tercabut elektron, dan itulah sebabnya cas positif terbentuk.
Kristal tunggal silikon digunakan untuk menghasilkan bahan semikonduktor jenis-n dan jenis-p. mereka ciri tersendiri adalah amat darjat tinggi ketulenan kimia. Ia adalah mungkin untuk mengubah sifat elektrik bahan ini dengan ketara dengan memasukkan ke dalamnya kekotoran yang agak tidak penting pada pandangan pertama.
Simbol "n" yang digunakan dalam semikonduktor berasal dari perkataan " negatif» (« negatif"). Pembawa cas utama dalam bahan semikonduktor jenis-n ialah elektron. Untuk mendapatkannya, apa yang dipanggil kekotoran penderma dimasukkan ke dalam silikon: arsenik, antimoni, fosforus.
Simbol "p" yang digunakan dalam semikonduktor berasal daripada perkataan " positif» (« positif"). Pembawa caj utama di dalamnya ialah lubang-lubang. Untuk mendapatkannya, kekotoran yang dipanggil penerima dimasukkan ke dalam silikon: boron, aluminium.
Bilangan percuma elektron dan nombor lubang-lubang dalam kristal semikonduktor tulen adalah betul-betul sama. Oleh itu, apabila peranti semikonduktor berada dalam keadaan keseimbangan, setiap kawasannya adalah neutral elektrik.
Mari kita ambil sebagai titik permulaan bahawa kawasan-n berkait rapat dengan wilayah-p. Dalam kes sedemikian, a zon peralihan, iaitu ruang tertentu yang kehabisan caj. Ia juga dipanggil " lapisan penghalang", Di mana lubang-lubang Dan elektron, menjalani penggabungan semula. Oleh itu, di persimpangan dua semikonduktor yang mempunyai jenis kekonduksian yang berbeza, zon dipanggil simpang p-n.
Pada titik sentuhan semikonduktor pelbagai jenis lubang dari kawasan jenis-p sebahagiannya mengikuti ke kawasan jenis-n, dan elektron, dengan sewajarnya, ke dalam arah terbalik. Oleh itu, semikonduktor jenis-p dicas secara negatif, dan semikonduktor jenis-n dicas secara positif. Penyebaran ini, walau bagaimanapun, berlangsung hanya sehingga medan elektrik yang timbul dalam zon peralihan mula mengganggunya, mengakibatkan pergerakan dan e elektron, Dan lubang-lubang berhenti.
Dalam pengeluaran industri peranti semikonduktor untuk kegunaan simpang p-n voltan luaran mesti dikenakan padanya. Bergantung kepada kekutuban dan magnitudnya, kelakuan peralihan dan arus elektrik yang melaluinya secara langsung bergantung. Jika kutub positif sumber semasa disambungkan ke p-region, dan kutub negatif disambungkan ke n-region, maka sambungan terus berlaku simpang p-n. Jika kekutuban diubah, situasi yang dipanggil pensuisan terbalik akan berlaku. simpang p-n.
Sambungan langsung
Apabila sambungan terus dilakukan simpang p-n, maka di bawah pengaruh voltan luaran medan dicipta di dalamnya. Arahnya berkenaan dengan arah medan elektrik resapan dalaman adalah bertentangan. Akibatnya, kekuatan medan yang terhasil menurun dan lapisan penyekat mengecil.
Hasil daripada proses ini, sejumlah besar pembawa caj utama berpindah ke rantau jiran. Ini bermakna dari kawasan p ke kawasan n yang terhasil arus elektrik akan bocor lubang-lubang, dan dalam arah yang bertentangan - elektron.
Pensuisan terbalik
Apabila penukaran terbalik berlaku simpang p-n, maka arus dalam litar yang terhasil ternyata jauh lebih rendah daripada dengan sambungan terus. Intinya ialah lubang-lubang dari kawasan n akan mengalir ke kawasan p, dan elektron akan mengalir dari kawasan p ke rantau n. Kekuatan semasa yang rendah adalah disebabkan oleh fakta bahawa di rantau p terdapat sedikit elektron, dan di rantau n, masing-masing, - lubang-lubang.
Persimpangan pn ialah kawasan nipis yang terbentuk di mana dua semikonduktor bersentuhan. jenis yang berbeza kekonduksian. Setiap semikonduktor ini adalah neutral elektrik. Syarat utama ialah dalam satu semikonduktor pembawa cas utama adalah elektron dan dalam satu lagi ia adalah lubang.
Apabila semikonduktor tersebut bersentuhan, akibat daripada penyebaran cas, satu lubang dari kawasan p memasuki kawasan n. Ia segera bergabung semula dengan salah satu elektron di rantau ini. Akibatnya, lebihan cas positif muncul di kawasan n. Dan di rantau p terdapat lebihan cas negatif.
Dengan cara yang sama, salah satu elektron dari kawasan n memasuki kawasan p, di mana ia bergabung semula dengan lubang terdekat. Ini juga mengakibatkan pembentukan lebihan caj. Positif di kawasan n dan negatif di kawasan p.
Hasil daripada penyebaran, kawasan sempadan dipenuhi dengan cas yang mewujudkan medan elektrik. Ia akan diarahkan sedemikian rupa sehingga ia akan menangkis lubang yang terletak di rantau p dari antara muka. Dan elektron dari kawasan n juga akan ditolak dari sempadan ini.
Dengan kata lain, penghalang tenaga terbentuk pada antara muka antara dua semikonduktor. Untuk mengatasinya, elektron dari kawasan n mesti mempunyai tenaga yang lebih besar daripada tenaga penghalang. Sama seperti lubang dari kawasan p.
Seiring dengan pergerakan pembawa caj majoriti dalam peralihan sedemikian, terdapat juga pergerakan pembawa caj minoriti. Ini adalah lubang dari kawasan n dan elektron dari kawasan p. Mereka juga bergerak ke kawasan bertentangan melalui peralihan. Walaupun medan yang terhasil menyumbang kepada ini, arus yang terhasil adalah diabaikan. Oleh kerana bilangan pembawa caj minoriti adalah sangat kecil.
Jika beza keupayaan luaran disambungkan ke simpang pn dalam arah hadapan, iaitu, potensi tinggi dibekalkan ke rantau p, dan potensi rendah ke kawasan n. Medan luaran itu akan membawa kepada penurunan dalam medan dalaman. Oleh itu, tenaga penghalang akan berkurangan, dan pembawa cas majoriti boleh bergerak dengan mudah melalui semikonduktor. Dalam erti kata lain, kedua-dua lubang dari kawasan p dan elektron dari kawasan n akan bergerak ke arah antara muka. Proses penggabungan semula akan dipergiat dan arus pembawa cas utama akan meningkat.
Rajah 1 - simpang pn, pincang ke hadapan
Jika beza keupayaan digunakan dalam arah yang bertentangan, iaitu potensi rendah di kawasan p, dan tinggi di kawasan n. Medan elektrik luaran itu akan ditambah dengan medan elektrik dalaman. Sehubungan itu, tenaga penghalang akan meningkat, menghalang majoriti pembawa caj daripada bergerak melalui peralihan. Dengan kata lain, elektron dari kawasan n dan lubang dari kawasan p akan bergerak dari peralihan ke pihak luar semikonduktor. Dan di zon persimpangan pn tidak akan ada pembawa caj utama yang menyediakan arus.
Rajah 2 - simpang pn, pincang songsang
Jika beza keupayaan songsang adalah terlalu tinggi, kekuatan medan di kawasan persimpangan akan meningkat sehingga kerosakan elektrik berlaku. Iaitu, elektron yang dipercepatkan oleh medan tidak akan musnah ikatan kovalen dan tidak akan mengeluarkan elektron lain, dan seterusnya.