p-n- mpito(n - hasi - hasi, elektroniki, p - chanya - chanya, shimo), au makutano ya shimo la elektroni - aina ya homojunction, Eneo la p-n mpito inayoitwa kanda ya semiconductor ambayo kuna mabadiliko ya anga katika aina ya conductivity kutoka kwa elektroniki n kwa shimo uk.
Mpito wa shimo la elektroni unaweza kuunda kwa njia tofauti:
- kwa kiasi cha nyenzo sawa za semiconductor, iliyowekwa katika sehemu moja na uchafu wa wafadhili ( n-mkoa), na kwa upande mwingine - mpokeaji ( uk-mkoa);
- kwenye kiolesura cha semiconductors mbili tofauti na aina tofauti za conductivity.
Kama p-n- mpito hupatikana kwa kuchanganya uchafu ndani ya semiconductor ya kioo moja, kisha mpito kutoka n- Kwa R-eneo hutokea ghafla (mpito mkali). Ikiwa kuenea kwa uchafu hutumiwa, mabadiliko ya laini yanaundwa.
Mchoro wa nishati p-n- mpito. a) Hali ya usawa b) Kwa voltage ya mbele inatumika c) Kwa voltage ya reverse kutumika
Wakati maeneo mawili yanapogusana n- Na uk- aina, kutokana na gradient ya mkusanyiko wa flygbolag za malipo, kuenea kwa mwisho hutokea katika maeneo yenye aina tofauti ya conductivity ya umeme. KATIKA uk- eneo karibu na mawasiliano baada ya kueneza kwa shimo kutoka kwake, wapokeaji wa ionized ambao hawajalipwa (malipo hasi za stationary) hubaki, na katika n-mikoa - wafadhili wa ionized wasiolipwa (malipo chanya ya stationary). Imeundwa eneo la malipo ya nafasi(SCR), inayojumuisha tabaka mbili zenye chaji kinyume. Kati ya malipo ya kinyume ambayo hayajalipwa ya uchafu wa ionized, shamba la umeme linaonekana, lililoelekezwa kutoka. n-maeneo ya uk-eneo na kuitwa uwanja wa umeme wa usambazaji. Shamba hili linazuia kuenea zaidi kwa flygbolag nyingi kwa njia ya kuwasiliana - hali ya usawa imeanzishwa (katika kesi hii, kuna sasa ndogo ya flygbolag wengi kutokana na kuenea, na sasa ya flygbolag wachache chini ya ushawishi wa uwanja wa mawasiliano, mikondo hii inafidia kila mmoja). Kati ya n- Na uk-eneo, kuna tofauti inayowezekana inayoitwa tofauti ya uwezo wa mawasiliano. Uwezo wa eneo la n ni mzuri kwa heshima na uwezo uk-mikoa Kawaida tofauti ya uwezo wa mawasiliano ni kwa kesi hii ni sehemu ya kumi ya volt.
Sehemu ya nje ya umeme hubadilisha urefu wa kizuizi na huharibu usawa wa mtiririko wa carrier wa sasa kupitia kizuizi. Ikiwa uwezo mzuri unatumika kwa uk-eneo, basi kizuizi kinachowezekana kinapungua (kuhama kwa moja kwa moja), na SCR hupungua. Katika kesi hii, kwa kuongezeka kwa voltage iliyotumiwa, idadi ya flygbolag nyingi zinazoweza kushinda kizuizi huongezeka kwa kasi. Mara tu wabebaji hawa wamepita p - n-mpito, huwa sio muhimu. Kwa hiyo, mkusanyiko wa flygbolag za wachache kwenye pande zote mbili za makutano huongezeka (sindano ya flygbolag za wachache). Wakati huo huo ndani uk- Na n-maeneo kwa njia ya mawasiliano ingiza kiasi sawa flygbolag kuu zinazosababisha fidia ya malipo ya wabebaji hudungwa. Matokeo yake, kiwango cha recombination kinaongezeka na sasa isiyo ya sifuri inaonekana kwa njia ya makutano, ambayo huongezeka kwa kasi na kuongezeka kwa voltage.
Matumizi ya uwezo hasi kwa uk-eneo (upendeleo wa nyuma) husababisha kuongezeka kwa kizuizi kinachowezekana. Usambazaji wa wabebaji wengi kupitia makutano huwa hauwezekani. Wakati huo huo, mtiririko wa flygbolag wachache haubadilika (hakuna kizuizi kwao). Wabebaji wa malipo ya wachache wanavutiwa na uwanja wa umeme ndani p-n-kutanisha na kupitisha kwa mkoa wa jirani (uchimbaji wa wabebaji wachache). Fluji za carrier wa wachache hutambuliwa na kiwango cha kizazi cha joto cha jozi za mashimo ya elektroni. Jozi hizi huenea kwenye kizuizi na hutenganishwa na shamba lake, na kusababisha p-n- mtiririko wa sasa wa makutano Mimi s(kueneza kwa sasa), ambayo kwa kawaida ni ndogo na karibu huru ya voltage. Kwa hivyo, tabia ya sasa ya voltage ya makutano ya p-n ina umoja uliotamkwa. Wakati wa kubadilisha ishara U thamani ya sasa kwa njia ya makutano inaweza kubadilika kwa 10 5 - 10 6 mara. Hivyo p-n- makutano yanaweza kutumika kurekebisha mikondo mbadala (diode).
Tabia za Volt-ampere
Ili kupata utegemezi wa thamani ya sasa kupitia p-n- mpito kutoka kwa voltage ya upendeleo wa nje V, lazima tuzingatie mikondo ya elektroni na shimo tofauti. Katika kile kinachofuata tutaashiria kwa ishara J msongamano wa chembe, na ishara j- wiani wa sasa wa umeme; Kisha j e = −eJ e , j h = eJ h.
Tabia za Volt-ampere p-n- mpito. Mimi s- kueneza sasa, U pr- voltage ya kuvunjika.
Katika V= 0 zote J e na J h kutoweka. Hii haimaanishi, bila shaka, kwamba hakuna harakati za flygbolag binafsi kupitia makutano, lakini tu kwamba idadi sawa ya elektroni (au mashimo) huhamia pande zote mbili. Katika V≠ 0 salio limekatizwa. Fikiria, kwa mfano, sasa shimo kwa njia ya safu ya kupungua. Inajumuisha vipengele viwili vifuatavyo:
- Kizazi cha sasa n- mikoani uk-eneo la mpito. Kama jina linavyopendekeza, mkondo huu unasababishwa na mashimo yanayotolewa moja kwa moja ndani n- eneo la safu ya kupungua wakati wa msisimko wa joto wa elektroni kutoka kwa viwango vya bendi ya valence. Ingawa mkusanyiko wa mashimo kama hayo (wabebaji wachache) ndani n-maeneo ni madogo sana ikilinganishwa na mkusanyiko wa elektroni (wabebaji wengi) wanazocheza jukumu muhimu katika uhamishaji wa sasa kupitia makutano. Hii hutokea kwa sababu kila shimo linaloingia kwenye safu ya kupungua huhamishiwa mara moja uk-eneo chini ya ushawishi mkubwa uwanja wa umeme, ambayo ipo ndani ya safu. Kama matokeo, ukubwa wa sasa wa kizazi unaosababishwa hautegemei thamani ya mabadiliko yanayowezekana katika safu ya kupungua, kwani shimo lolote linalopatikana kwenye safu huhamishwa kutoka. n- mikoani uk-mkoa.
- Recombination sasa, yaani, shimo la sasa linapita kutoka uk- mikoani n-mkoa. Sehemu ya umeme katika safu ya kupungua inapinga sasa hii, na mashimo hayo tu ambayo yanafikia mpaka wa safu ya kupungua na nishati ya kutosha ya kinetic ili kuondokana na kizuizi kinachowezekana huchangia kwenye recombination sasa. Idadi ya mashimo hayo ni sawia na e −eΔФ/kT na kwa hiyo
Tofauti na sasa ya kizazi, sasa recombination ni nyeti sana kwa ukubwa wa voltage kutumika V. Tunaweza kulinganisha ukubwa wa mikondo hii miwili kwa kubainisha kuwa ni lini V= 0 hakuna jumla ya sasa kupitia makutano: J h rec (V = 0) = J h gen Inafuata hiyo J h rec = J h gen e eV/kT. Jumla ya shimo la mkondo unaotiririka kutoka uk- mikoani n-eneo inawakilisha tofauti kati ya mikondo ya ujumuishaji na kizazi:
Jh= J h rec − J h gen = J h gen(e eV/kT − 1).
Kuzingatia sawa kunatumika kwa vipengele vya sasa vya elektroni na mabadiliko pekee ambayo kizazi na mikondo ya recombination ya elektroni inaelekezwa kinyume na mikondo ya shimo inayofanana. Kwa kuwa elektroni zina mashtaka kinyume, mikondo ya umeme ya kizazi na recombination ya elektroni inafanana katika mwelekeo na mikondo ya umeme ya kizazi na recombination ya mashimo. Kwa hiyo, jumla ya wiani wa sasa wa umeme ni j = e(J h gen + J e gen) (e eV/kT − 1).
Uwezo p-n-sifa za mpito na masafa
p-n-junction inaweza kuchukuliwa kama capacitor gorofa, sahani ambayo ni mikoa n- Na uk-aina ya nje ya mpito, na insulator ni kanda ya malipo ya nafasi, imepungua kwa flygbolag za malipo na kuwa na upinzani wa juu. Uwezo huu unaitwa kizuizi. Inategemea voltage iliyotumiwa nje, kwani voltage ya nje inabadilisha malipo ya nafasi. Hakika, kuongezeka kwa kizuizi kinachowezekana wakati wa upendeleo wa nyuma inamaanisha kuongezeka kwa tofauti inayowezekana kati ya n- Na uk-mikoa ya semiconductor, na, kwa hiyo, ongezeko la malipo yao ya volumetric. Kwa kuwa malipo ya nafasi ni ya kudumu na yanahusishwa na ioni za wafadhili na wapokeaji, ongezeko malipo ya volumetric inaweza tu kusababishwa na upanuzi wa kanda yake na, kwa hiyo, kupungua kwa uwezo wa umeme wa makutano. Kulingana na eneo la makutano, mkusanyiko wa dopant na voltage ya nyuma, uwezo wa kizuizi unaweza kuchukua maadili kutoka kwa vitengo hadi mamia ya picofaradi. Uwezo wa kizuizi huonekana kwa voltage ya nyuma; na voltage ya moja kwa moja imefungwa na upinzani mdogo p-n- mpito. Varicaps hufanya kazi kwa sababu ya uwezo wa kizuizi.
Mbali na uwezo wa kizuizi p-n- mpito ina kinachojulikana uwezo wa kueneza. Uwezo wa kueneza unahusishwa na michakato ya mkusanyiko na ujumuishaji wa malipo yasiyo ya usawa katika msingi na inaashiria hali ya harakati ya malipo yasiyo ya usawa katika eneo la msingi. Uwezo wa kueneza ni kutokana na ukweli kwamba ongezeko la voltage kwa p-n- mpito husababisha kuongezeka kwa mkusanyiko wa flygbolag wengi na wachache, yaani, mabadiliko ya malipo. Ukubwa wa uwezo wa kueneza ni sawia na sasa kupitia p-n- mpito. Wakati upendeleo wa mbele unatumika, uwezo wa kueneza unaweza kufikia makumi ya maelfu ya picofaradi.
Mzunguko sawa p-n- mpito. C b- uwezo wa kizuizi, C d - uwezo wa kueneza, R a- upinzani tofauti p-n- mpito, r- upinzani wa volumetric wa msingi.
Jumla ya uwezo p-n-mpito imedhamiriwa na jumla ya kizuizi na uwezo wa kueneza. Mzunguko sawa p-n- mpito kwa mkondo wa kubadilisha iliyotolewa katika takwimu. Katika mzunguko sawa, sambamba na upinzani tofauti p-n- Mpito R na ni pamoja na uwezo wa kueneza C d na uwezo wa kizuizi NA b; upinzani wa kiasi cha msingi umeunganishwa katika mfululizo pamoja nao r. Kwa kuongezeka kwa mzunguko AC voltage, iliyowasilishwa p-n- Mpito, sifa za capacitive zinazidi kutamkwa; R a ni shunted na capacitance, na upinzani jumla p-n-mpito imedhamiriwa na upinzani wa kiasi cha msingi. Kwa hivyo, kwa masafa ya juu p-n- mpito hupoteza sifa zake za mstari.
Kuvunja p-n- mpito
Kuvunjika kwa diode- hii ni jambo la kuongezeka kwa kasi kwa sasa ya nyuma kwa njia ya diode wakati voltage ya nyuma inafikia thamani fulani muhimu kwa diode iliyotolewa. Kulingana na matukio ya kimwili, na kusababisha kuvunjika, kutofautisha kati ya maporomoko ya theluji, handaki, uso na kuvunjika kwa joto.
- Kuvunjika kwa Banguko(ionization ya athari) ndio utaratibu muhimu zaidi wa kuvunjika p-n- mpito. Voltage ya kuvunjika kwa theluji huamua kikomo cha juu voltage ya nyuma ya diode nyingi. Kuvunjika kunahusishwa na malezi ya maporomoko ya wabebaji wa malipo chini ya ushawishi wa uwanja wenye nguvu wa umeme, ambapo wabebaji hupata nishati ya kutosha kwa ajili ya malezi ya jozi mpya za shimo la elektroni kama matokeo ya ionization ya athari ya atomi za semiconductor.
- Kuvunjika kwa handaki mpito wa shimo la elektroni ni mgawanyiko wa umeme wa mpito unaosababishwa na upitishaji wa mitambo ya quantum ya wabebaji wa chaji kupitia pengo la bendi ya semiconductor bila kubadilisha nishati yao. Uwekaji tunnel wa elektroni unawezekana mradi upana wa kizuizi kinachowezekana ambacho elektroni zinahitaji kushinda ni ndogo vya kutosha. Kwa pengo la bendi sawa (kwa nyenzo sawa), upana wa kizuizi kinachowezekana kinatambuliwa na nguvu ya shamba la umeme, yaani, mteremko. viwango vya nishati na kanda. Kwa hivyo, hali za uchujaji hutokea tu kwa nguvu fulani ya uwanja wa umeme au kwa voltage fulani kwenye makutano ya shimo la elektroni - kwa voltage ya kuvunjika. Thamani ya nguvu hii muhimu ya uwanja wa umeme ni takriban 8∙10 5 V/cm kwa makutano ya silicon na 3∙10 5 V/cm kwa makutano ya germanium. Kwa kuwa uwezekano wa tunnel kwa nguvu sana inategemea nguvu ya uwanja wa umeme, kisha nje athari ya handaki inajidhihirisha kama kuvunjika kwa diode.
- Uchanganuzi wa uso (uvujaji wa sasa). Kweli p-n-makutano yana sehemu zinazoenea kwenye uso wa semiconductor. Kutokana na uchafuzi unaowezekana na kuwepo kwa mashtaka ya uso kati ya p- na n-kanda, filamu za conductive na njia za conductive zinaweza kuundwa, kwa njia ambayo sasa ya kuvuja I inapita. Sasa hii inaongezeka kwa kuongezeka kwa voltage ya nyuma na inaweza kuzidi sasa ya joto I 0 na kizazi cha sasa cha I gen. Iut ya sasa inategemea hali ya joto. Ili kupunguza mimi, mipako ya filamu ya kinga hutumiwa.
- Kuvunjika kwa joto- hii ni kuvunjika, maendeleo ambayo ni kutokana na kutolewa kwa joto katika makutano ya umeme ya kurekebisha kutokana na kifungu cha sasa kwa njia ya makutano. Wakati voltage ya nyuma inatumika, karibu yote huanguka p-n- makutano ambayo kuna, ingawa ni ndogo, ya sasa ya nyuma. Nguvu iliyotolewa husababisha joto p-n-makutano na maeneo ya karibu ya semiconductor. Ikiwa hakuna uondoaji wa kutosha wa joto, nguvu hii husababisha ongezeko zaidi la sasa, ambalo linasababisha kuvunjika. Kuvunjika kwa joto, tofauti na zile zilizopita, haiwezi kutenduliwa.
Makutano ya P-N ni sehemu katika kifaa cha semicondukta ambapo nyenzo ya aina ya N na nyenzo ya aina ya P hugusana. Nyenzo za aina ya N kawaida hujulikana kama sehemu ya cathode ya semiconductor, na nyenzo ya aina ya P ni sehemu ya anodic.
Wakati mawasiliano yanapotokea kati ya nyenzo hizi mbili, elektroni kutoka kwa nyenzo za aina ya n huingia kwenye nyenzo za aina ya p na kuunganisha kwenye mashimo yaliyopo ndani yake. Eneo ndogo kwa kila upande wa mstari wa mawasiliano ya kimwili kati ya nyenzo hizi ni karibu bila elektroni na mashimo. Kanda hii katika kifaa cha semiconductor inaitwa eneo la kupungua.
Eneo hili la kupungua ni kipengele muhimu katika uendeshaji wa kifaa chochote ambacho kina makutano ya P-N. Upana wa eneo hili la kupungua huamua upinzani wa mtiririko wa sasa kupitia makutano ya P-N, kwa hiyo upinzani wa kifaa kilicho na makutano ya P-N inategemea ukubwa wa eneo hili la kupungua. Upana wake unaweza kubadilika wakati voltage yoyote inapita kwenye makutano haya ya P-N. Kulingana na polarity ya kutumika uwezo wa P-N Makutano yanaweza kuwa ya kuegemea mbele au kuegemea nyuma. Upana wa eneo la kupungua, au upinzani, wa kifaa cha semiconductor inategemea polarity na ukubwa wa voltage ya upendeleo inayotumiwa.
Wakati makutano ya P-N ni ya moja kwa moja (pamoja na upendeleo wa mbele), basi uwezo mzuri hutumiwa kwa anode, na uwezo mbaya hutumiwa kwa cathode. Matokeo ya mchakato huu ni kupungua kwa eneo la kupungua, ambayo inapunguza upinzani wa mtiririko wa sasa kupitia makutano ya P-N.
Ikiwa uwezekano unaongezeka, eneo la kupungua litaendelea kupungua, na hivyo kupunguza zaidi upinzani wa mtiririko wa sasa. Hatimaye, ikiwa voltage iliyotumiwa ni ya juu ya kutosha, eneo la kupungua litapungua hadi kiwango cha chini cha upinzani na kiwango cha juu cha sasa kitapita kupitia makutano ya P-N, na kwa njia ya kifaa nzima. Wakati makutano ya P-N yana upendeleo wa mbele ipasavyo, hutoa upinzani mdogo kwa mtiririko wa mkondo kupitia hiyo.
Wakati makutano ya P-N yanapogeuka (upendeleo wa kinyume), uwezo mbaya hutumiwa kwa anode, na uwezo mzuri hutumiwa kwa cathode.
Hii inasababisha kanda ya kupungua kupanua, ambayo husababisha kuongezeka kwa upinzani kwa mtiririko wa sasa. Wakati makutano ya P-N yanaegemezwa kinyume, kuna upinzani wa juu zaidi kwa mtiririko wa sasa na makutano hufanya kazi kama saketi iliyo wazi.
Wakati fulani thamani muhimu reverse voltage ya upendeleo, upinzani wa mtiririko wa sasa unaotokea katika eneo la kupungua hushindwa na ongezeko la haraka la sasa hutokea. Thamani ya voltage ya upendeleo wa nyuma ambayo sasa inaongezeka kwa kasi inaitwa voltage ya kuvunjika.
p-n (pe-en) makutano ni eneo la nafasi kwenye makutano ya semiconductors mbili za p- na n, ambapo mpito kutoka kwa aina moja ya conductivity hadi nyingine hutokea, mpito huo pia huitwa mpito wa shimo la elektroni.
Kuna aina mbili za semiconductors: p na n aina. Katika aina ya n, flygbolag za malipo kuu ni elektroni , na katika p - aina kuu ni kushtakiwa vyema mashimo. Shimo chanya inaonekana baada ya elektroni kuondolewa kutoka atomi na shimo chanya ni sumu katika nafasi yake.
Ili kuelewa jinsi makutano ya p-n inavyofanya kazi, unahitaji kujifunza vipengele vyake, yaani, semiconductor ya aina ya p na n-aina.
Semiconductors ya aina ya P na n hufanywa kwa msingi wa silicon ya monocrystalline, ambayo ina kiwango cha juu cha usafi, kwa hivyo uchafu mdogo (chini ya 0.001%) huibadilisha sana. mali ya umeme.
Katika semiconductor ya aina ya n, flygbolag za malipo kuu ni elektroni . Ili kuzipata wanatumia uchafu wa wafadhili, ambayo huletwa ndani ya silicon,- fosforasi, antimoni, arseniki.
Katika semiconductor ya aina ya p, flygbolag za malipo kuu zinashtakiwa vyema mashimo . Ili kuzipata wanatumia kukubali uchafu — alumini, boroni
Semiconductor n - aina (conductivity ya kielektroniki)
Atomu ya fosforasi ya uchafu kawaida huchukua nafasi ya atomi kuu kwenye tovuti za kimiani ya fuwele. Katika kesi hii, elektroni nne za valence za atomi ya fosforasi hugusana na elektroni nne za valence za atomi nne za silicon za jirani, na kutengeneza ganda thabiti la elektroni nane. Elektroni ya tano ya valence ya atomi ya fosforasi inageuka kuwa imefungwa dhaifu kwa atomi yake na chini ya ushawishi. nguvu za nje(vibrations mafuta ya kimiani, nje ya uwanja wa umeme) urahisi inakuwa huru, kujenga kuongezeka kwa mkusanyiko wa elektroni za bure . Kioo hupata conductivity ya elektroniki au upitishaji wa aina ya n . Katika kesi hii, atomi ya fosforasi, isiyo na elektroni, imefungwa kwa ukali kimiani kioo silicon ina malipo chanya, na elektroni ni simu malipo hasi. Kwa kukosekana kwa nguvu za nje, hulipa fidia kila mmoja, i.e. katika silicon n-ainaidadi ya elektroni za uendeshaji wa bure imedhamiriwa idadi ya atomi za uchafu wa wafadhili zilizoletwa.
Semiconductor p - aina (uendeshaji wa shimo)
Atomu ya alumini, ambayo ina elektroni tatu tu za valence, haiwezi kuunda shell ya elektroni nane imara na atomi za silicon za jirani, kwa kuwa kwa hili inahitaji elektroni nyingine, ambayo inachukua kutoka kwa moja ya atomi za silicon ziko karibu. Atomi ya silicon isiyo na elektroni ina malipo chanya na, kwa kuwa inaweza kunasa elektroni kutoka kwa atomi ya silicon ya jirani, inaweza kuchukuliwa kuwa chaji chanya ya simu isiyohusishwa na kimiani ya kioo, inayoitwa shimo. Atomi ya alumini ambayo imenasa elektroni inakuwa kituo chenye chaji hasi, inayofungamana kwa uthabiti kwenye kimiani ya fuwele. Conductivity ya umeme ya semiconductor vile ni kutokana na harakati ya mashimo, ndiyo sababu inaitwa semiconductor ya shimo la p. Mkusanyiko wa shimo unalingana na idadi ya atomi za uchafu zinazokubalika.
Idadi kubwa ya vifaa vya kisasa vya semiconductor hufanya kazi kwa shukrani kwa matukio yanayotokea kwenye mipaka ya vifaa ambavyo vina aina tofauti za conductivity ya umeme.
Kuna aina mbili za semiconductors - n na p. Kipengele tofauti cha nyenzo za semiconductor za aina ya n ni kwamba zina malipo ya umeme kushtakiwa vibaya elektroni. KATIKA vifaa vya semiconductor p-aina, jukumu sawa linachezwa na kinachojulikana mashimo, ambazo zina chaji chanya. Wanaonekana baada ya atomi kung'olewa elektroni, na ndiyo sababu malipo chanya huundwa.
Fuwele za silicon moja hutumiwa kutengeneza nyenzo za semiconductor za aina ya n na p. Yao kipengele tofauti ni kupita kiasi shahada ya juu usafi wa kemikali. Inawezekana kubadili kwa kiasi kikubwa mali ya umeme ya nyenzo hii kwa kuanzisha ndani yake uchafu ambao hauna maana kabisa kwa mtazamo wa kwanza.
Alama "n" inayotumika katika semiconductors hutoka kwa neno " hasi» (« hasi"). Wafanyabiashara wakuu wa malipo katika vifaa vya semiconductor vya aina ya n ni elektroni. Ili kuzipata, uchafu unaoitwa wafadhili huletwa ndani ya silicon: arsenic, antimoni, fosforasi.
Alama "p" inayotumika katika semiconductors hutoka kwa neno " chanya» (« chanya"). Waendeshaji wa malipo kuu ndani yao ni mashimo. Ili kuzipata, uchafu unaoitwa wa kukubali huletwa kwenye silicon: boroni, alumini.
Idadi ya bure elektroni na nambari mashimo katika kioo cha semiconductor safi ni sawa kabisa. Kwa hiyo, wakati kifaa cha semiconductor kiko katika hali ya usawa, kila moja ya mikoa yake haina umeme.
Wacha tuchukue kama sehemu ya kuanzia kwamba eneo la n limeunganishwa kwa karibu na eneo la p. Katika hali kama hizi, a eneo la mpito, yaani, nafasi fulani ambayo imekamilika kwa malipo. Pia inaitwa " safu ya kizuizi", Wapi mashimo Na elektroni, kupitia recombination. Kwa hivyo, katika makutano ya semiconductors mbili ambazo zina aina tofauti za conductivity, kanda inayoitwa p-n makutano.
Katika hatua ya kuwasiliana na semiconductors aina mbalimbali mashimo kutoka kwa eneo la aina ya p hutiririka kwa sehemu hadi eneo la aina ya n, na elektroni, ipasavyo, ndani. mwelekeo wa nyuma. Kwa hiyo, semiconductor ya aina ya p inashtakiwa vibaya, na semiconductor ya aina ya n inashtakiwa vyema. Usambazaji huu, hata hivyo, hudumu hadi uwanja wa umeme unaotokea katika eneo la mpito huanza kuingilia kati, na kusababisha harakati na e. elektroni, Na mashimo ataacha.
Katika zinazozalishwa viwandani vifaa vya semiconductor kwa matumizi p-n makutano voltage ya nje lazima itumike kwake. Kulingana na polarity na ukubwa wake, tabia ya mpito na sasa ya umeme kupita moja kwa moja kwa njia hiyo inategemea. Ikiwa pole chanya ya chanzo cha sasa imeunganishwa na p-kanda, na pole hasi imeunganishwa na n-kanda, basi uhusiano wa moja kwa moja unafanyika. p-n makutano. Ikiwa polarity inabadilishwa, hali inayoitwa kubadili nyuma itatokea. p-n makutano.
Uunganisho wa moja kwa moja
Wakati uunganisho wa moja kwa moja unafanywa p-n makutano, basi chini ya ushawishi wa voltage ya nje shamba linaundwa ndani yake. Mwelekeo wake kwa heshima na mwelekeo wa shamba la umeme la kuenea kwa ndani ni kinyume chake. Matokeo yake, nguvu ya shamba inayosababisha hupungua, na safu ya kuzuia hupungua.
Kama matokeo ya mchakato huu, idadi kubwa ya wabebaji wa malipo kuu huhamia mkoa wa jirani. Hii inamaanisha kuwa kutoka mkoa p hadi mkoa n matokeo umeme itavuja mashimo, na kwa upande mwingine - elektroni.
Kugeuza kinyume
Wakati ubadilishaji wa nyuma unatokea p-n makutano, basi katika mzunguko unaosababisha nguvu ya sasa ni ya chini sana kuliko kwa uhusiano wa moja kwa moja. Ukweli ni kwamba mashimo kutoka kanda n itatiririka hadi mkoa p, na elektroni zitatoka mkoa p hadi mkoa n. Nguvu ya chini ya sasa ni kutokana na ukweli kwamba katika kanda p kuna kidogo elektroni, na katika eneo n, kwa mtiririko huo, - mashimo.
Makutano ya pn ni eneo nyembamba ambalo huunda ambapo semiconductors mbili hugusana. aina tofauti conductivity. Kila moja ya semiconductors hizi haina umeme. Hali kuu ni kwamba katika semiconductor moja flygbolag za malipo kuu ni elektroni na kwa upande mwingine ni mashimo.
Wakati semiconductors vile hugusana, kama matokeo ya kueneza kwa malipo, shimo kutoka kwa mkoa wa p huingia katika mkoa wa n. Inaunganishwa mara moja na moja ya elektroni katika eneo hili. Matokeo yake, malipo mazuri ya ziada yanaonekana katika kanda ya n. Na katika mkoa wa p kuna ziada ya malipo hasi.
Kwa njia hiyo hiyo, moja ya elektroni kutoka eneo la n huingia kwenye eneo la p, ambako linaunganishwa tena na shimo la karibu. Hii pia inasababisha kuundwa kwa malipo ya ziada. Chanya katika eneo la n na hasi katika eneo la p.
Kama matokeo ya kueneza, eneo la mpaka linajazwa na malipo ambayo huunda uwanja wa umeme. Itaelekezwa kwa namna ambayo itaondoa mashimo yaliyo katika kanda p kutoka kwa interface. Na elektroni kutoka eneo n pia zitaondolewa kwenye mpaka huu.
Kwa maneno mengine, kizuizi cha nishati kinaundwa kwenye interface kati ya semiconductors mbili. Ili kuondokana nayo, elektroni kutoka kanda n lazima iwe na nishati kubwa kuliko nishati ya kizuizi. Kama vile shimo kutoka kwa mkoa wa p.
Pamoja na harakati za wabebaji wengi wa malipo katika mpito kama huo, pia kuna harakati za wabebaji wa malipo ya wachache. Hizi ni mashimo kutoka eneo la n na elektroni kutoka eneo la p. Pia huhamia eneo la kinyume kupitia mpito. Ingawa uwanja unaosababishwa unachangia hii, mkondo unaosababishwa haufai. Kwa kuwa idadi ya flygbolag za malipo ya wachache ni ndogo sana.
Ikiwa tofauti ya uwezo wa nje imeunganishwa kwenye makutano ya pn katika mwelekeo wa mbele, yaani, uwezo wa juu hutolewa kwa eneo la p, na uwezo mdogo kwa eneo la n. Sehemu hiyo ya nje itasababisha kupungua kwa moja ya ndani. Kwa hivyo, nishati ya kizuizi itapungua, na flygbolag nyingi za malipo zinaweza kusonga kwa urahisi kupitia semiconductors. Kwa maneno mengine, shimo zote mbili kutoka kwa eneo la p na elektroni kutoka mkoa wa n zitaelekea kwenye kiolesura. Mchakato wa kuunganisha upya utaongezeka na sasa ya flygbolag kuu za malipo itaongezeka.
Kielelezo 1 - pn makutano, mbele upendeleo
Ikiwa tofauti inayowezekana inatumika kwa mwelekeo tofauti, ambayo ni, mkoa p ina uwezo mdogo, na mkoa n una uwezo mkubwa. Sehemu hiyo ya nje ya umeme itaongeza hadi ya ndani. Ipasavyo, nishati ya kizuizi itaongezeka, kuzuia wengi wa flygbolag za malipo kusonga kupitia mpito. Kwa maneno mengine, elektroni kutoka kanda n na mashimo kutoka kanda p zitatoka kwenye mpito hadi vyama vya nje halvledare. Na katika eneo la makutano ya pn hakutakuwa na flygbolag za malipo kuu zinazotoa sasa.
Kielelezo 2 - pn makutano, kinyume upendeleo
Ikiwa tofauti inayoweza kutokea nyuma ni ya juu kupita kiasi, nguvu ya shamba katika eneo la makutano itaongezeka hadi kukatika kwa umeme kutokea. Hiyo ni, elektroni iliyoharakishwa na shamba haitaharibu dhamana ya ushirikiano na haitabisha elektroni nyingine, na kadhalika.