p-n-chuyển tiếp(n - âm - âm, điện tử, p - dương - dương, lỗ trống), hoặc tiếp giáp điện tử-lỗ trống - một loại tiếp xúc đồng âm, Vùng p-n chuyển tiếp gọi là vùng của chất bán dẫn trong đó có sự thay đổi về mặt không gian của loại độ dẫn điện từ điện tử Nđến cái lỗ P.
Sự chuyển tiếp điện tử-lỗ trống có thể được tạo ra bằng nhiều cách khác nhau:
- trong thể tích của cùng một vật liệu bán dẫn, được pha tạp tạp chất cho vào một phần ( N-khu vực) và ở khu vực khác - người chấp nhận ( P-vùng đất);
- tại bề mặt tiếp xúc của hai chất bán dẫn khác nhau có độ dẫn điện khác nhau.
Nếu như p-n- quá trình chuyển đổi thu được bằng cách nung chảy các tạp chất thành chất bán dẫn đơn tinh thể, sau đó chuyển đổi từ N- ĐẾN r-khu vực xảy ra đột ngột (chuyển tiếp đột ngột). Nếu sử dụng phương pháp khuếch tán tạp chất thì sẽ hình thành một quá trình chuyển tiếp suôn sẻ.
Sơ đồ năng lượng p-n-chuyển tiếp. a) Trạng thái cân bằng b) Khi đặt điện áp thuận c) Khi đặt điện áp ngược
Khi hai khu vực tiếp xúc N- Và P- loại, do gradient nồng độ của các hạt mang điện, sự khuếch tán của hạt mang điện xảy ra ở những khu vực có loại dẫn điện ngược lại. TRONG P- vùng gần tiếp điểm sau khi khuếch tán các lỗ trống từ nó, vẫn còn các chất nhận ion hóa không bù (điện tích âm cố định), và trong N-khu vực - các nhà tài trợ ion hóa không bù (điện tích tĩnh tĩnh). hình thành vùng điện tích không gian(SCR), gồm hai lớp tích điện trái dấu. Giữa các điện tích trái dấu không bù của tạp chất bị ion hóa, xuất hiện một điện trường hướng từ N-các khu vực để P- vùng và gọi là điện trường khuếch tán. Trường này ngăn chặn sự khuếch tán tiếp theo của các hạt mang điện đa số thông qua tiếp điểm - trạng thái cân bằng được thiết lập (trong trường hợp này, có một dòng điện nhỏ của các hạt mang điện đa số do khuếch tán và dòng điện của các hạt mang điện thiểu số dưới tác động của trường tiếp xúc, các dòng điện này bù trừ cho nhau). Giữa N- Và P-các vùng có sự chênh lệch điện thế gọi là hiệu điện thế tiếp xúc. Tiềm năng vùng n là dương đối với tiềm năng P-khu vực Thông thường, sự khác biệt tiềm năng liên lạc là trong trường hợp này là một phần mười volt.
Một điện trường bên ngoài làm thay đổi chiều cao của rào chắn và phá vỡ sự cân bằng của dòng điện chạy qua rào cản. Nếu một tiềm năng tích cực được áp dụng cho P-khu vực, khi đó rào cản tiềm năng giảm (chuyển vị trực tiếp) và SCR thu hẹp. Trong trường hợp này, với điện áp đặt vào ngày càng tăng, số lượng sóng mang đa số có khả năng vượt qua rào cản sẽ tăng theo cấp số nhân. Một khi các hãng vận chuyển này đã vượt qua p - N-chuyển tiếp, chúng trở nên không cần thiết. Do đó, sự tập trung của các chất mang thiểu số ở cả hai phía của điểm nối tăng lên (tiêm các chất mang thiểu số). Đồng thời ở P- Và N-khu vực thông qua địa chỉ liên lạc nhập số lượng bằng nhau các hãng vận chuyển chính gây ra sự bồi thường phí của các hãng vận chuyển được tiêm. Kết quả là tốc độ tái hợp tăng lên và một dòng điện khác 0 xuất hiện qua điểm nối, dòng điện này tăng theo cấp số nhân khi điện áp tăng.
Áp dụng tiềm năng tiêu cực để P-khu vực (thiên vị ngược) dẫn đến sự gia tăng rào cản tiềm năng. Sự khuếch tán của các chất mang đa số qua điểm nối trở nên không đáng kể. Đồng thời, luồng di chuyển của các hãng vận tải thiểu số không thay đổi (không có rào cản nào đối với họ). Các hạt mang điện nhỏ bị điện trường hút vào p-n-giao lộ và đi qua nó đến khu vực lân cận (khai thác các nhà vận chuyển thiểu số). Thông lượng hạt tải điện thiểu số được xác định bởi tốc độ sinh nhiệt của các cặp electron-lỗ trống. Các cặp này khuếch tán đến hàng rào và bị ngăn cách bởi trường của nó, dẫn đến p-n- dòng điện tiếp giáp Là(dòng bão hòa), thường nhỏ và gần như không phụ thuộc vào điện áp. Do đó, đặc tính dòng điện-điện áp của tiếp giáp p-n có tính phi tuyến rõ rệt. Khi đổi dấu bạn giá trị dòng điện qua điểm nối có thể thay đổi 10 5 - 10 6 lần. Nhờ điều này p-n- mối nối có thể được sử dụng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều (diode).
Đặc tính điện áp hiện tại
Để rút ra sự phụ thuộc của giá trị hiện tại thông qua p-n-chuyển đổi từ điện áp phân cực bên ngoài V., chúng ta phải xem xét dòng electron và dòng lỗ trống một cách riêng biệt. Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ biểu thị bằng ký hiệu J mật độ dòng hạt và ký hiệu j- mật độ dòng điện; Sau đó j e = −eJ e , j h = eJ h.
Đặc tính điện áp hiện tại p-n-chuyển tiếp. Là- dòng điện bão hòa, bạn pr- điện áp đánh thủng.
Tại V.= 0 cả J e và J h đều biến mất. Tất nhiên, điều này không có nghĩa là không có chuyển động của các hạt tải điện riêng lẻ qua lớp tiếp giáp mà chỉ có số lượng electron (hoặc lỗ trống) bằng nhau chuyển động theo cả hai hướng. Tại V.≠ 0 số dư bị phá vỡ. Ví dụ, hãy xem xét một dòng điện lỗ đi qua một lớp cạn kiệt. Nó bao gồm hai thành phần sau:
- Dòng điện thế hệ N-các vùng ở P-khu vực chuyển tiếp Đúng như tên gọi, dòng điện này được tạo ra bởi các lỗ trống được tạo ra trực tiếp trong N-vùng lớp suy giảm trong quá trình kích thích nhiệt của các electron từ các mức dải hóa trị. Mặc dù nồng độ của các lỗ trống như vậy (các hạt tải điện thiểu số) trong N-diện tích cực kỳ nhỏ so với nồng độ electron (hạt mang điện đa số) mà chúng tác động vai trò quan trọng trong quá trình truyền dòng điện qua điểm nối. Điều này xảy ra bởi vì mọi lỗ đi vào lớp cạn kiệt ngay lập tức được chuyển sang P- vùng chịu ảnh hưởng mạnh điện trường, tồn tại bên trong lớp. Kết quả là, độ lớn của dòng điện tạo ra không phụ thuộc vào giá trị của sự thay đổi điện thế trong lớp cạn kiệt, vì bất kỳ lỗ trống nào được tìm thấy trong lớp đều được truyền từ N-các vùng ở P-vùng đất.
- Dòng điện tái hợp, tức là dòng điện lỗ chạy từ P-các vùng ở N-vùng đất. Điện trường trong lớp cạn kiệt chống lại dòng điện này và chỉ những lỗ đi đến ranh giới của lớp cạn kiệt có đủ động năng để vượt qua hàng rào tiềm năng mới góp phần tạo ra dòng tái hợp. Số lượng lỗ như vậy tỷ lệ thuận với e −eΔФ/kT và do đó
Không giống như dòng điện phát điện, dòng điện tái hợp cực kỳ nhạy cảm với cường độ điện áp đặt vào. V.. Chúng ta có thể so sánh độ lớn của hai dòng điện này bằng cách lưu ý rằng khi V.= 0 không có dòng điện tổng qua quá trình chuyển đổi: J h rec (V = 0) = J h gen Từ đó suy ra rằng J h rec = thế hệ JH e eV/kT. Tổng dòng điện lỗ chạy từ P-các vùng ở N-khu vực thể hiện sự khác biệt giữa dòng tái hợp và dòng thế hệ:
J h= J h rec − J h gen = J h gen(e eV/kT − 1).
Việc xem xét tương tự cũng có thể áp dụng cho các thành phần của dòng điện tử với sự thay đổi duy nhất là dòng điện tạo ra và tái hợp của các điện tử có hướng ngược lại với dòng điện lỗ trống tương ứng. Vì các electron có điện tích trái dấu nên dòng điện sinh ra và tái hợp của các electron cùng chiều với dòng điện sinh ra và tái hợp của lỗ trống. Do đó, tổng mật độ dòng điện là j = e(J h gen + J e gen)(e eV/kT − 1).
Dung tích p-n-đặc điểm chuyển tiếp và tần số
p-n-tiếp điểm có thể coi như một tụ điện phẳng, các bản của nó là các vùng N- Và P-loại nằm ngoài vùng chuyển tiếp, còn chất cách điện là vùng tích điện không gian, cạn kiệt chất mang điện và có điện trở cao. Năng lực này được gọi là rào cản. Nó phụ thuộc vào điện áp đặt vào bên ngoài, vì điện áp bên ngoài làm thay đổi điện tích trong không gian. Thật vậy, sự gia tăng rào cản tiềm năng trong quá trình phân cực ngược có nghĩa là sự gia tăng chênh lệch tiềm năng giữa N- Và P-các vùng của chất bán dẫn và do đó làm tăng điện tích thể tích của chúng. Vì điện tích không gian đứng yên và liên kết với các ion cho và nhận, nên sự gia tăng điện tích thể tích chỉ có thể được gây ra bởi sự mở rộng vùng của nó và do đó làm giảm điện dung của điểm nối. Tùy thuộc vào khu vực tiếp giáp, nồng độ tạp chất và điện áp ngược, điện dung rào cản có thể lấy giá trị từ đơn vị đến hàng trăm picofarad. Điện dung rào cản xuất hiện ở điện áp ngược; với điện áp trực tiếp, nó bị tắt với điện trở thấp p-n-chuyển tiếp. Varicaps hoạt động nhờ vào điện dung rào cản.
Ngoài khả năng rào cản p-n- quá trình chuyển đổi có cái gọi là khả năng khuếch tán. Khả năng khuếch tán gắn liền với các quá trình tích tụ và tái hấp thu điện tích không cân bằng trong nền và đặc trưng cho quán tính chuyển động của các điện tích không cân bằng trong diện tích nền. Khả năng khuếch tán là do sự gia tăng điện áp bởi p-n-chuyển đổi dẫn đến sự gia tăng sự tập trung của các nhà cung cấp dịch vụ đa số và thiểu số, nghĩa là dẫn đến sự thay đổi về trách nhiệm. Độ lớn của điện dung khuếch tán tỷ lệ với dòng điện qua p-n-chuyển tiếp. Khi áp dụng độ lệch thuận, điện dung khuếch tán có thể đạt tới hàng chục nghìn picofarad.
Mạch tương đương p-n-chuyển tiếp. Cb- khả năng rào cản, Đĩa CD - khả năng khuếch tán, R a- điện trở chênh lệch p-n-chuyển tiếp, r- điện trở thể tích của đế.
Tổng công suất p-n-chuyển tiếp được xác định bởi tổng của rào cản và điện dung khuếch tán. Mạch tương đương p-n- chuyển sang dòng điện xoay chiều trình bày trong hình. Trong mạch tương đương, song song với điện trở vi sai p-n-chuyển tiếp R và bao gồm điện dung khuếch tán C d và khả năng rào cản VỚI b; điện trở âm lượng cơ bản được mắc nối tiếp với chúng r. Với tần suất ngày càng tăng điện áp xoay chiều, nộp vào p-n-Tính chất chuyển tiếp, điện dung ngày càng trở nên rõ rệt, R a bị tắt bởi điện dung và tổng điện trở p-n-sự chuyển tiếp được xác định bởi điện trở khối của đế. Vì vậy, ở tần số cao p-n- quá trình chuyển đổi mất đi tính chất tuyến tính của nó.
Sự cố p-n-chuyển tiếp
Sự cố điốt- đây là hiện tượng dòng điện ngược qua diode tăng mạnh khi điện áp ngược đạt đến một giá trị tới hạn nhất định đối với một diode nhất định. Tùy thuộc vào hiện tượng vật lý, dẫn đến sự cố, phân biệt được sự cố lở tuyết, sự cố đường hầm, sự cố bề mặt và sự cố nhiệt.
- Sự cố tuyết lở(ion hóa tác động) là cơ chế phân hủy quan trọng nhất p-n-chuyển tiếp. Điện áp đánh thủng tuyết lở xác định giới hạn trênđiện áp ngược của hầu hết các điốt. Sự cố có liên quan đến sự hình thành một loạt các hạt mang điện dưới tác dụng của điện trường mạnh, trong đó các hạt mang điện thu được năng lượng đủ để hình thành các cặp electron-lỗ trống mới do sự ion hóa va chạm của các nguyên tử bán dẫn.
- Sự cố đường hầm Quá trình chuyển đổi điện tử-lỗ trống là sự phá vỡ điện của quá trình chuyển đổi gây ra bởi sự chui hầm cơ học lượng tử của các hạt mang điện xuyên qua vùng cấm của chất bán dẫn mà không làm thay đổi năng lượng của chúng. Có thể thực hiện đường hầm điện tử với điều kiện là độ rộng của hàng rào thế mà các điện tử cần vượt qua là đủ nhỏ. Đối với cùng một khoảng cách dải (đối với cùng một vật liệu), chiều rộng của hàng rào tiềm năng được xác định bởi cường độ điện trường, nghĩa là độ dốc mức năng lượng và các khu. Do đó, các điều kiện để tạo đường hầm chỉ phát sinh ở một cường độ điện trường nhất định hoặc ở một điện áp nhất định tại điểm nối điện tử-lỗ trống - ở điện áp đánh thủng. Giá trị của cường độ điện trường tới hạn này là khoảng 8∙10 5 V/cm đối với các điểm nối silicon và 3∙10 5 V/cm đối với các điểm nối germanium. Vì xác suất của đường hầm phụ thuộc rất nhiều vào cường độ điện trường nên bên ngoài hiệu ứng đường hầm biểu hiện dưới dạng sự cố của diode.
- Sự cố bề mặt (dòng rò). Thực tế p-n-Các điểm nối có các phần kéo dài đến bề mặt của chất bán dẫn. Do có thể bị nhiễm bẩn và sự hiện diện của điện tích bề mặt giữa vùng p và n, màng dẫn điện và kênh dẫn điện có thể hình thành, qua đó dòng điện rò I chạy qua. Dòng điện này tăng khi điện áp ngược tăng và có thể vượt quá dòng nhiệt I 0 và dòng điện thế hệ I. Iut hiện tại phụ thuộc yếu vào nhiệt độ. Để giảm I ut, lớp phủ màng bảo vệ được sử dụng.
- Sự cố nhiệt- đây là sự cố, sự phát triển của nó là do sự giải phóng nhiệt trong điểm nối điện chỉnh lưu do dòng điện đi qua điểm nối. Khi đặt điện áp ngược vào, gần như toàn bộ điện áp này giảm xuống p-n- một điểm nối mà qua đó có dòng điện ngược nhỏ, mặc dù. Năng lượng được giải phóng gây ra sự nóng lên p-n-điểm nối và các khu vực lân cận của chất bán dẫn. Nếu không có đủ khả năng tản nhiệt, nguồn điện này sẽ khiến dòng điện tăng thêm, dẫn đến hỏng hóc. Sự cố nhiệt, không giống như những lần trước, là không thể đảo ngược.
Điểm nối P-N là điểm trong thiết bị bán dẫn nơi vật liệu loại N và vật liệu loại P tiếp xúc với nhau. Vật liệu loại N thường được gọi là phần cực âm của chất bán dẫn và vật liệu loại P là phần anốt.
Khi xảy ra tiếp xúc giữa hai vật liệu này, các electron từ vật liệu loại n sẽ chảy vào vật liệu loại p và kết nối với các lỗ có trong nó. Một vùng nhỏ ở mỗi bên của đường tiếp xúc vật lý giữa các vật liệu này gần như không có electron và lỗ trống. Vùng này trong thiết bị bán dẫn được gọi là vùng cạn kiệt.
Vùng cạn kiệt này là yếu tố chính trong hoạt động của bất kỳ thiết bị nào có tiếp giáp P-N. Độ rộng của vùng suy giảm này xác định điện trở đối với dòng điện chạy qua điểm nối P-N, do đó điện trở của thiết bị có điểm nối P-N như vậy phụ thuộc vào kích thước của vùng suy giảm này. Chiều rộng của nó có thể thay đổi khi có bất kỳ điện áp nào đi qua đường giao nhau P-N này. Tùy thuộc vào cực tính của ứng dụng P-N tiềm năng Một điểm nối có thể được phân cực thuận hoặc phân cực ngược. Độ rộng của vùng suy giảm hoặc điện trở của thiết bị bán dẫn phụ thuộc vào cả cực tính và độ lớn của điện áp phân cực đặt vào.
Khi tiếp giáp P-N trực tiếp (có độ lệch thuận), thì điện thế dương được đặt vào cực dương và điện thế âm được đặt vào cực âm. Kết quả của quá trình này là sự thu hẹp vùng cạn kiệt, làm giảm sức cản đối với dòng điện chạy qua điểm nối P-N.
Nếu điện thế tăng thì vùng cạn kiệt sẽ tiếp tục giảm, do đó làm giảm thêm sức cản đối với dòng điện. Cuối cùng, nếu điện áp đặt vào đủ cao, vùng cạn kiệt sẽ thu hẹp đến điểm có điện trở tối thiểu và dòng điện tối đa sẽ chạy qua điểm nối P-N và cùng với nó chạy qua toàn bộ thiết bị. Khi điểm nối P-N được phân cực thuận thích hợp, nó sẽ tạo ra lực cản tối thiểu đối với dòng điện chạy qua nó.
Khi tiếp giáp P-N đảo ngược (phân cực ngược), điện thế âm được đặt vào cực dương và điện thế dương được đặt vào cực âm.
Điều này làm cho vùng cạn kiệt mở rộng, gây ra sự gia tăng sức cản đối với dòng điện. Khi điểm nối P-N bị phân cực ngược, sẽ có điện trở tối đa đối với dòng điện và điểm nối về cơ bản hoạt động như một mạch hở.
Tại một thời điểm nhất định giá trị quan trọngỞ điện áp phân cực ngược, điện trở đối với dòng điện xảy ra ở vùng cạn kiệt bị khắc phục và dòng điện tăng lên nhanh chóng. Điện áp phân cực ngược mà tại đó dòng điện tăng nhanh được gọi là điện áp đánh thủng.
Tiếp giáp p-n (pe-en) là vùng không gian tại điểm tiếp giáp của hai chất bán dẫn loại p và n, trong đó xảy ra sự chuyển đổi từ loại dẫn điện này sang loại dẫn điện khác, sự chuyển tiếp như vậy còn được gọi là chuyển tiếp lỗ electron.
Có hai loại chất bán dẫn: loại p và n. Trong loại n, hạt mang điện chính là điện tử và ở loại p, những cái chính được tích điện dương lỗ. Một lỗ trống dương xuất hiện sau khi một electron bị loại bỏ khỏi nguyên tử và một lỗ trống dương được hình thành ở vị trí của nó.
Để hiểu cách hoạt động của điểm nối p-n, bạn cần nghiên cứu các thành phần của nó, tức là chất bán dẫn loại p và loại n.
Chất bán dẫn loại P và n được chế tạo trên cơ sở silicon đơn tinh thể, có độ tinh khiết rất cao, do đó các tạp chất nhỏ nhất (dưới 0,001%) sẽ làm thay đổi đáng kể nó tính chất điện.
Trong chất bán dẫn loại n, hạt mang điện chính là điện tử . Để có được chúng họ sử dụng tạp chất của nhà tài trợ, được đưa vào silicon,- Phốt pho, antimon, asen.
Trong chất bán dẫn loại p, các hạt mang điện chính mang điện tích dương lỗ . Để có được chúng họ sử dụng tạp chất chấp nhận — nhôm, boron
Chất bán dẫn loại n (dẫn điện tử)
Một nguyên tử photpho tạp chất thường thay thế nguyên tử chính tại các vị trí của mạng tinh thể. Trong trường hợp này, bốn electron hóa trị của nguyên tử phốt pho tiếp xúc với bốn electron hóa trị của bốn nguyên tử silicon lân cận, tạo thành lớp vỏ ổn định gồm tám electron. Electron hóa trị thứ năm của nguyên tử phốt pho hóa ra liên kết yếu với nguyên tử của nó và chịu ảnh hưởng ngoại lực(dao động nhiệt của mạng, điện trường ngoài) dễ bị tự do, tạo ra tăng nồng độ electron tự do . Crystal mua lại độ dẫn điện tử hoặc độ dẫn điện loại n . Trong trường hợp này, nguyên tử photpho, không có electron, được liên kết chặt chẽ với mạng tinh thể silicon mang điện tích dương và electron có khả năng di động điện tích âm. Khi không có ngoại lực, chúng bù trừ cho nhau, tức là trong silicon loại nsố lượng electron dẫn tự do được xác định số lượng nguyên tử tạp chất của nhà tài trợ được giới thiệu.
Bán dẫn loại p (độ dẫn lỗ trống)
Một nguyên tử nhôm, chỉ có ba electron hóa trị, không thể độc lập tạo ra lớp vỏ tám electron ổn định với các nguyên tử silicon lân cận, vì để làm được điều này, nó cần một electron khác, lấy từ một trong các nguyên tử silicon nằm gần đó. Một nguyên tử silicon thiếu electron có điện tích dương và, vì nó có thể bắt một electron từ nguyên tử silicon lân cận, nên nó có thể được coi là một điện tích dương linh động không liên kết với mạng tinh thể, được gọi là lỗ trống. Một nguyên tử nhôm đã bắt giữ một electron sẽ trở thành một trung tâm tích điện âm, liên kết chặt chẽ với mạng tinh thể. Độ dẫn điện của chất bán dẫn như vậy là do sự chuyển động của lỗ trống, đó là lý do tại sao nó được gọi là chất bán dẫn lỗ loại p. Nồng độ lỗ trống tương ứng với số lượng nguyên tử tạp chất chấp nhận được đưa vào.
Phần lớn các thiết bị bán dẫn hiện đại hoạt động nhờ vào hiện tượng xảy ra ở chính ranh giới của vật liệu có các loại độ dẫn điện khác nhau.
Có hai loại chất bán dẫn - n và p. Một đặc điểm khác biệt của vật liệu bán dẫn loại n là chúng chứa điện tích tích điện âm điện tử. TRONG vật liệu bán dẫn loại p, vai trò tương tự được thực hiện bởi cái gọi là lỗ, mang điện tích dương. Chúng xuất hiện sau khi một nguyên tử bị xé toạc điện tử, và đó là lý do tại sao một điện tích dương được hình thành.
Các tinh thể đơn silicon được sử dụng để sản xuất vật liệu bán dẫn loại n và loại p. Của họ tính năng đặc biệt cực kỳ trình độ caođộ tinh khiết hóa học. Có thể thay đổi đáng kể tính chất điện của vật liệu này bằng cách đưa vào nó những tạp chất thoạt nhìn khá không đáng kể.
Ký hiệu “n” được sử dụng trong chất bán dẫn bắt nguồn từ chữ “ tiêu cực» (« tiêu cực"). Các hạt mang điện chính trong vật liệu bán dẫn loại n là điện tử. Để thu được chúng, cái gọi là tạp chất của nhà tài trợ được đưa vào silicon: asen, antimon, phốt pho.
Ký hiệu “p” được sử dụng trong chất bán dẫn bắt nguồn từ chữ “ tích cực» (« tích cực"). Các hạt mang điện chính trong đó là lỗ. Để thu được chúng, cái gọi là tạp chất nhận được đưa vào silicon: boron, nhôm.
Số lượng miễn phí điện tử và số lỗ trong tinh thể bán dẫn tinh khiết là hoàn toàn giống nhau. Do đó, khi một thiết bị bán dẫn ở trạng thái cân bằng thì mỗi vùng của nó đều trung hòa về điện.
Chúng ta hãy lấy điểm bắt đầu là vùng n được kết nối chặt chẽ với vùng p. Trong những trường hợp như vậy, một vùng chuyển tiếp, tức là một không gian nhất định đã cạn kiệt điện tích. Nó còn được gọi là " lớp rào cản", Ở đâu lỗ Và điện tử, trải qua quá trình tái hợp. Vì vậy, tại điểm nối của hai chất bán dẫn có độ dẫn điện khác nhau, một vùng gọi là tiếp giáp p-n.
Tại điểm tiếp xúc của chất bán dẫn nhiều loại các lỗ trống từ vùng loại p một phần đi vào vùng loại n và các electron theo đó đi vào hướng ngược lại. Do đó, chất bán dẫn loại p được tích điện âm và chất bán dẫn loại n được tích điện dương. Tuy nhiên, sự khuếch tán này chỉ kéo dài cho đến khi điện trường phát sinh trong vùng chuyển tiếp bắt đầu can thiệp vào nó, dẫn đến sự chuyển động và e. điện tử, Và lỗ dừng lại.
Trong sản xuất công nghiệp thiết bị bán dẫnđể sử dụng tiếp giáp p-n một điện áp bên ngoài phải được áp dụng cho nó. Tùy thuộc vào độ phân cực và cường độ của nó, hành vi của quá trình chuyển đổi và dòng điện truyền trực tiếp qua nó phụ thuộc. Nếu cực dương của nguồn hiện tại được kết nối với vùng p và cực âm được kết nối với vùng n thì kết nối trực tiếp sẽ diễn ra tiếp giáp p-n. Nếu cực bị thay đổi, tình huống gọi là chuyển mạch ngược sẽ xảy ra. tiếp giáp p-n.
Kết nối trực tiếp
Khi kết nối trực tiếp được thực hiện tiếp giáp p-n, khi đó dưới tác dụng của điện áp bên ngoài, một trường được tạo ra trong đó. Hướng của nó đối với hướng của điện trường khuếch tán bên trong là ngược lại. Kết quả là cường độ trường giảm xuống và lớp chặn thu hẹp lại.
Kết quả của quá trình này là một số lượng đáng kể các hạt mang điện chính di chuyển sang khu vực lân cận. Điều này có nghĩa là từ vùng p đến vùng n kết quả dòng điện sẽ rò rỉ lỗ, và theo hướng ngược lại – điện tử.
Chuyển mạch ngược
Khi xảy ra chuyển mạch ngược tiếp giáp p-n, thì trong mạch thu được cường độ dòng điện thấp hơn đáng kể so với kết nối trực tiếp. Vấn đề là ở chỗ lỗ từ vùng n sẽ chuyển sang vùng p và các electron sẽ chuyển từ vùng p sang vùng n. Cường độ dòng điện thấp là do trong vùng p có rất ít điện tử và trong vùng n tương ứng, - lỗ.
Điểm nối pn là một vùng mỏng hình thành nơi hai chất bán dẫn tiếp xúc với nhau. các loại khác nhauđộ dẫn điện. Mỗi chất bán dẫn này đều trung hòa về điện. Điều kiện chính là trong một chất bán dẫn, hạt mang điện chính là electron và ở chất bán dẫn kia là lỗ trống.
Khi các chất bán dẫn như vậy tiếp xúc với nhau, do sự khuếch tán điện tích, một lỗ trống từ vùng p sẽ đi vào vùng n. Nó ngay lập tức kết hợp lại với một trong các electron trong vùng này. Kết quả là xuất hiện một điện tích dương dư ở vùng n. Và trong vùng p có điện tích âm dư thừa.
Theo cách tương tự, một trong các electron từ vùng n đi vào vùng p, nơi nó kết hợp lại với lỗ trống gần nhất. Điều này cũng dẫn đến việc hình thành các khoản phí dư thừa. Dương ở vùng n và âm ở vùng p.
Kết quả của sự khuếch tán là vùng ranh giới chứa đầy các điện tích tạo ra điện trường. Nó sẽ được định hướng sao cho có thể đẩy lùi các lỗ nằm trong vùng p khỏi giao diện. Và các electron từ vùng n cũng sẽ bị đẩy ra khỏi ranh giới này.
Nói cách khác, một rào cản năng lượng được hình thành ở bề mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn. Để vượt qua nó, một electron từ vùng n phải có năng lượng lớn hơn năng lượng của rào cản. Giống như cái lỗ ở vùng p.
Cùng với sự di chuyển của các hạt mang điện đa số trong quá trình chuyển đổi như vậy còn có sự di chuyển của các hạt mang điện thiểu số. Đây là các lỗ trống ở vùng n và các electron ở vùng p. Họ cũng di chuyển đến khu vực đối diện thông qua quá trình chuyển đổi. Mặc dù trường kết quả góp phần vào việc này nhưng dòng điện thu được là không đáng kể. Vì số lượng hạt mang điện thiểu số là rất ít.
Nếu một hiệu điện thế bên ngoài được kết nối với điểm nối pn theo hướng thuận, nghĩa là, điện thế cao được cung cấp cho vùng p và điện thế thấp được cung cấp cho vùng n. Trường bên ngoài đó sẽ làm giảm trường bên trong. Do đó, năng lượng rào cản sẽ giảm và các hạt mang điện đa số có thể dễ dàng di chuyển trong chất bán dẫn. Nói cách khác, cả hai lỗ trống ở vùng p và các electron ở vùng n sẽ di chuyển về phía bề mặt phân cách. Quá trình tái hợp sẽ tăng cường và dòng điện của các hạt mang điện chính sẽ tăng lên.
Hình 1 - tiếp giáp pn, phân cực thuận
Nếu hiệu điện thế được áp dụng theo hướng ngược lại, nghĩa là điện thế thấp ở vùng p và cao ở vùng n. Điện trường bên ngoài đó sẽ cộng với điện trường bên trong. Theo đó, năng lượng của rào cản sẽ tăng lên, ngăn cản phần lớn các hạt mang điện di chuyển trong quá trình chuyển đổi. Nói cách khác, các electron từ vùng n và lỗ trống từ vùng p sẽ chuyển từ trạng thái chuyển tiếp sang trạng thái chuyển tiếp. bên ngoài chất bán dẫn. Và trong vùng tiếp giáp pn sẽ không có hạt mang điện chính nào cung cấp dòng điện.
Hình 2 - tiếp giáp pn, phân cực ngược
Nếu chênh lệch điện thế ngược quá cao, cường độ trường trong vùng tiếp giáp sẽ tăng cho đến khi xảy ra sự cố điện. Nghĩa là, một electron được gia tốc bởi một trường sẽ không phá hủy liên kết cộng hóa trị và sẽ không đánh bật một điện tử khác, v.v.