Elemente de bază electronice: Legături PN

În sine, semiconductorii de tip P (încărcați pozitiv) și de tip N (încărcați negativ) sunt doar conductori. Dar dacă le puneți împreună pe un circuit electronic, creați o joncțiune pn și se întâmplă un lucru interesant și foarte util: curentul poate curge prin joncțiunea pn , dar numai într-o singură direcție.

Dacă puneți tensiune pozitivă pe partea p a joncțiunii și tensiunea negativă pe partea n, curentul trece prin joncțiune. Dar dacă inversați tensiunea, punând tensiune negativă pe partea p și tensiunea pozitivă pe partea n, curentul nu curge.

Imaginați-vă o poartă turnicioasă cum ar fi porțile pe care trebuie să le treceți pentru a intra într-un stadion de baseball sau într-o stație de metrou: puteți trece prin poarta într-o direcție, dar nu și pe cealaltă. Aceasta este în esență ceea ce face o joncțiune p-n. Permite curentului să curgă într-un fel, dar nu și celălalt.

Pentru a înțelege de ce joncțiunile p-n permit curentului să curgă într-o singură direcție, trebuie mai întâi să înțelegeți ce se întâmplă exact la limita dintre materialul de tip p și materialul de tip n. Deoarece atuurile opuse atrag, electronii extra de pe partea de tip n a joncțiunii sunt atrase de găurile de pe partea de tip p. Deci, încep să treacă de cealaltă parte.

Atunci când un electron părăsește partea de tip n pentru a umple o gaură în partea de tip p, în partea de tip n unde era electronul este lăsată o gaură. Astfel, este ca și cum ar fi locul de comerț cu electroni și găuri. Limita unei joncțiuni p-n sfârșește prin a fi populată de defecți: Electroni și găuri au trecut granița și sunt acum pe partea greșită a joncțiunii.

Această regiune ocupată de electroni și găuri care s-au traversat este numită zona de epuizare . Deoarece o parte a zonei de epuizare are electroni (încărcături negative), iar cealaltă parte are găuri (încărcături pozitive), există o tensiune între cele două margini ale zonei de epuizare.

Această tensiune are un efect interesant asupra defecțiunilor: îi invită să se întoarcă și să se întoarcă acasă. Cu alte cuvinte, găurile care au sărit în partea negativă a joncțiunii atrag electronii care au sărit în partea pozitivă.

Imaginați-vă cum este să fiți un electron care a sărit peste limită și în partea de tip p a joncțiunii. Fiind încărcați negativ, sunteți atrasi să vă deplasați mai departe în partea p de găurile pozitive încărcate pe care le vedeți în fața dvs.

Dar, de asemenea, sunteți atrasi de găurile pozitive încărcate care se află acum în spatele tău - aceeași gaură pe care ai schimbat-o cu locurile acum, îți exercită o forță care te descurajează să mergi mai departe.

Nu te poți gândi, tu decizi să stai pur și simplu. Exact asta se întâmplă cu electronii și găurile care au trecut de partea cealaltă. Zona de epuizare devine stabilă - o stare numită echilibru .

Acum ia în considerare ce se întâmplă atunci când echilibrul este perturbat de o tensiune plasată peste joncțiunea p-n. Efectul depinde de direcția în care este aplicată tensiunea, după cum urmează:

• Dacă aplicați tensiune pozitivă pe partea de tip p și tensiune negativă la partea de tip n, zona de epuizare este împinsă de ambele părți spre centru, făcându-l mai mic. Electronii din partea de tip n a joncțiunii sunt împinși de tensiune spre zona de epuizare și, eventual, se prăbușesc complet. Când se întâmplă acest lucru, joncțiunea p-n devine un conductor, iar curentul curge.

• Când se aplică tensiunea în direcție inversă, zona de epuizare este trasă de pe ambele părți ale joncțiunii și, astfel, se extinde. Cu cât este mai mare, cu atât mai mult un izolator devine joncțiunea p-n. Astfel, atunci când tensiunea este aplicată în sens invers, curentul nu trece prin joncțiune.