Přechod P-N
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Přechod P-N je oblast na rozhraní příměsového polovodiče typu P a polovodiče typu N. Přechod P-N se chová jako hradlo, tzn. propouští elektrický proud pouze jedním směrem.
Přechod P-N se vytváří difuzí materiálu typu P do materiálu typu N za teploty okolo 600 oC. Materiál typu P potom pronikne rovnoměrně do materiálu typu N. Přechod P-N může být připojen v závěrném, nebo propustném směru, proto propouští proud jedním směrem, jako výše zmíněné hradlo.
Vlastností přechodu P-N se používá v polovodičových součástkách - diodě, tranzistoru, fotodiodě a dalších.
Obsah |
[editovat] Princip činnosti přechodu P-N
[editovat] Vznik vyprázdněné oblasti
V příměsovém polovodiči typu N je přebytek volných elektronů, v polovodiči typu P je přebytek kladných děr. Při spojení těchto polovodičů zaniknou rekombinací elektronu s kladnou dírou na rozhraní volné nosiče nábojů v oblasti určité šířky. Zbylé nepohyblivé ionty zapříčiní vznik elektrického pole na přechodu PN. Směr elektrického pole je přitom takový, že brání zbylým volným nosičům nábojů pronikat přes rozhraní.
[editovat] Zapojení v propustném směru
Jestliže se kladný pól zdroje připojí k polovodiči typu P a záporný pól k polovodiči typu N, dojde k zeslabení elektrického pole na přechodu P-N, případně k jeho úplnému zrušení (vlivem dostatečně velkého vnějšího napětí), takže nosiče nábojů mohou přes rozhraní (hradlovou vrstvu - vyprázdněná oblast, ve které nejsou žádní nositelé náboje a jejíž tloušťka se pohybuje od asi 10-6m až do 5*10-6m (vznikla už při výrobě přechodu P-N)) volně procházet. Přechod P-N propouští elektrický proud.
[editovat] Zapojení v závěrném směru
Jestliže se kladný pól zdroje připojí k polovodiči typu N a záporný pól k polovodiči typu P, dojde k rozšíření vyprázdněné oblasti a zesílení elektrického pole na přechodu P-N, takže přechod nosičů nábojů přes rozhraní se ztíží. Přechod N-P nepropouští elektrický proud. Ve skutečnosti zde malý proud protéká, ale je silně teplotně závislý. Napětí zde nemůže být libovolně veliké, protože by mohlo dojít ke zničení přechodu, kterým by v určitém okamžiku začal protékat velký proud, protože by došlo k překonání vazebných sil, které působí na valenční elektrony, protože by silové účinky elektrického pole byly větší. U těchto typů přechodů se využívá ještě jiné vlastnosti a to kapacity hradlové vrstvy.
[editovat] Minoritní nosiče nábojů
Kromě majoritních nosičů nábojů podle typu příměsového polovodiče existují v polovodičích i minoritní nosiče, které vznikají uvolňováním elektronů díky tepelnému pohybu. Tyto nosiče mohou přes rozhraní procházet nezávisle na připojeném vnějším elektrickém poli a v závěrném směru způsobují zbytkový (zanedbatelný) elektrický proud. Počet minoritních nosičů závisí na teplotě polovodiče.
[editovat] Přechod P-N a tranzistorový jev
U tranzistoru prochází elektrický proud i přes přechod P-N (mezi kolektorem a bází), který je zapojený v závěrném směru. Tento proud způsobují volné nosiče opačných nábojů vnikající do báze z emitoru. Zvýšením počtu těchto emitovaných elektronů lze několikanásobně zvyšovat velikost elektrického proudu procházejícího přes přechod P-N do kolektoru.
[editovat] Přechod P-N a záření
Přechod P-N může být ovlivňován dodáním energie zvnějšku, nejčastěji působením záření. Součástka využívající zvýšení nebo snížení propustnosti přechodu P-N světlem se nazývá fotodioda.
V místě přechodu P-N mezi některými polovodiči může naopak při průchodu elektrického proudu vznikat záření. Tohoto jevu se využívá u LED diody.
