Złącze p-n: Różnice pomiędzy wersjami

W obszarze typu ''n'' (negative) ''nośnikami większościowymi'' są elektrony (ujemne). Atomy domieszek (''[[donor]]y'') pozostają unieruchomione w [[Sieć krystaliczna|sieci krystalicznej]]. Analogicznie w obszarze typu ''p'' (positive) nośnikami większościowymi są [[dziura elektronowa|dziury]] o [[ładunek elektryczny|ładunku elektrycznym]] dodatnim. Atomy domieszek są tu ''[[akceptor]]ami''. W półprzewodnikach obu typów występują także ''nośniki mniejszościowe'' przeciwnego znaku niż większościowe; [[KoncentracjaGęstość (fizyka)liczbowa|koncentracja]] nośników mniejszościowych jest dużo mniejsza niż większościowych. Obszar o mniejszej koncentracji domieszek znajdujący się pomiędzy kontaktem złącza a warstwą zubożoną nazywany jest ''bazą''<ref>{{Cytuj książkę | nazwisko= Szmidt | imię=Jan | nazwisko2= Zaręba | imię2=Agnieszka | nazwisko3= Beck | imię3=Romuald B | inni= | tytuł= Laboratorium przyrządów półprzewodnikowych. : pracaPraca zbiorowa | data=2006 | wydawca=Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej | miejsce=Warszawa | isbn=83-7207-606-5 | strony=}}</ref>.

W stanie [[równowaga termodynamiczna|równowagi termodynamicznej]], tj. gdy z zewnątrz nie przyłożono żadnego [[pole elektryczne|pola elektrycznego]], w pobliżu styku obszarów ''p'' i ''n'' swobodne nośniki większościowe przemieszczają się (dyfundują), co spowodowane jest różnicą koncentracji nośników. Gdy elektrony przemieszczą się do obszaru typu ''p'', natomiast dziury do obszaru typu ''n'' (stając się wówczas nośnikami mniejszościowymi) dochodzi do [[Rekombinacja (fizyka)|''rekombinacji'']] z nośnikami większościowymi, które nie przeszły na drugą stronę złącza. Rekombinacja polega na "połączeniu"„połączeniu” elektronu z dziurą, a więc powoduje "unieruchomienie"„unieruchomienie” tych dwóch swobodnych nośników.

[[Plik:Zlacze pn-niespolaryzowane.svg|centerlft|Złącze p-n niespolaryzowane]]

Przepływ nośników większościowych nazywany jest ''prądem dyfuzyjnym''. W złączu mogą przepływać również nośniki mniejszościowe -– jest to ''prąd unoszenia'' i jego zwrot jest przeciwny do zwrotu prądu dyfuzyjnego. Ze względu na niską koncentrację nośników mniejszościowych wartość prądu unoszenia jest niewielka, rzędu mikroamperów (10<mathsup>10^{-6}</mathsup>), a nawet pikoamperów (10<mathsup>10^{-12}</mathsup>).</math>

Pole elektryczne ładunku przestrzennego jest reprezentowane przez barierę potencjału. W złączu niespolaryzowanym jest to ''napięcie dyfuzyjne'', którego wartość zależy głównie od koncentracji domieszek i temperatury. W przypadku złączy wykonanych z [[krzem]]u napięcie to w temperaturze pokojowej ma wartość rzędu 0,6 - 06–0,8 V, natomiast dla złącz [[german]]owych wynosi ok. 0,2 - 02–0,3 V. Napięcie dyfuzyjne zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury o ok. 2,3 [[wolt|mV]]/[[kelwin|K]].

Złącze ''pn'' spolaryzowane w kierunku zaporowym charakteryzuje pewna [[pojemność elektryczna]], która (nieliniowo) zależy od szerokości obszaru zubożanego -– jest to tzw. ''pojemność złączową'' (ozn. <math>C_j</math>). Szerokość obszaru zubożanego zależy od przyłożonego zewnętrznego napięcia, dzięki czemu pojemność może być regulowana napięciem -– jest to wykorzystywane w [[dioda pojemnościowa|diodach pojemnościowych]].

* <math>C_{j0}</math> -– pojemność złączowa przy zerowym napięciu,

* <math>\varphi_B</math> -– wartość bariery potencjału,

* <math>n</math> -– wartość zależna od rodzaju złącza i materiału, w granicach 0,3 - 03–0,5.

Jeśli napięcie polaryzujące jest odpowiednio duże (a więc obszar zubożony szeroki), to nośniki przechodzące przez obszar zubożony uzyskują dużą energię. Zderzając się z węzłami sieci krystalicznej (z atomami) przekazują im część swojej energii, co powoduje przejście elektronów do pasma przewodnictwa, a co za tym idzie również "utworzenie"„utworzenie” dziur -– innymi słowy ma miejsce [[jonizacja]]. Pojawiają się w ten sposób nowe nośniki, które również są przyspieszane, zderzają się z węzłami sieci itd. Proces ten nabiera charakteru lawinowego i nazywany jest ''przebiciem lawinowym'' -– jednak wbrew nazwie nie powoduje uszkodzenia złącza. Efektem tego procesu jest gwałtowny wzrost prądu w obwodzie; prąd ten zwie się ''prądem jonizacji lawinowej''.

Przebicie Zenera występuje w złączach silnie domieszkowanych, tzn. takich w których koncentracja domieszek (akceptorów i donorów) jest bardzo duża i zachodzi dla napięć wstecznych mniejszych od 5 - 65–6 V.

* czerwony (polaryzacja w kierunku przewodzenia) -– <math>U < U_D,</math>, złącze praktycznie nie przewodzi, prąd jest bardzo mały;

* niebieski (polaryzacja w kierunku przewodzenia) -– <math>U > U_D,</math>, złącze przewodzi, wraz ze wzrostem napięcia prąd znacząco rośnie;

* zielony (polaryzacja w kierunku zaporowym) -– płynie niewielki prąd unoszenia;

* żółty (polaryzacja w kierunku zaporowym) -– przebicie lawinowe lub Zenera, prąd gwałtownie rośnie.