¿Qué es un Unión PN?

Una unión PN es una estructura semiconductora que se utiliza como componente básico para la construcción de diversos dispositivos semiconductores.

¿Cómo surgió?

Mediante el uso de diferentes procesos de dopaje para unir estrechamente Semiconductores tipo P y Semiconductores tipo N Para formar una unión con propiedades eléctricas especiales, intuitivamente hablando, los semiconductores de tipo P y los semiconductores de tipo N se fabrican en el mismo sustrato semiconductor (generalmente silicio o germanio), y se formará una región de carga espacial en su intersección, que se llama Unión PN.

El proceso principal de preparación de la unión PN mediante un proceso plano de silicio.

La propiedad eléctrica especial de la unión PN es que es conductora unidireccional, como una válvula unidireccional, que solo permite el paso de la corriente directa y evita el paso de la corriente inversa.

En la interfaz de la unión PN, el movimiento de difusión se produce debido a la diferencia en las concentraciones de portadores en las regiones de tipo P y tipo N (consulte el artículo anterior para obtener una explicación del "movimiento de difusión"), es decir, los electrones se mueven desde la unión PN. región de tipo N a la región de tipo P, y los agujeros se mueven de la región de tipo P a la región de tipo N. De esta manera, la región de tipo P tendrá más carga negativa y la región de tipo N tendrá más carga positiva, formando una región de carga espacial o capa de agotamiento. En esta región, la resistencia será grande debido a la falta de transportistas.

Al mismo tiempo, en la región de carga espacial, debido a la interacción entre cargas positivas y negativas, se forma un campo eléctrico interno, cuya dirección se dirige desde la región tipo N a la región en forma de P. Este campo eléctrico interno dificulta el movimiento de difusión y provoca un movimiento de deriva, es decir, los portadores se mueven en direcciones opuestas por la acción del campo eléctrico interno. Finalmente, en ausencia de voltaje aplicado, el movimiento de difusión y el movimiento de deriva alcanzan el equilibrio y la unión PN exhibe un cierto potencial incorporado o voltaje de barrera.

Podemos utilizar una metáfora popular para comprender el proceso de formación de las uniones PN:

Supongamos que hay dos habitaciones, una con muchos globos (agujeros) y la otra con muchos dardos (electrones), y una puerta entre las dos habitaciones (interfaz). Al principio, la puerta estaba cerrada y los globos y dardos en ambas habitaciones estaban distribuidos uniformemente. Luego abrimos la puerta para que los globos y los dardos puedan moverse libremente de una habitación a otra (movimiento de difusión). De esta forma, el globo pasará de una habitación con más globos a una habitación con menos globos, y los dardos pasarán de una habitación con más dardos a una habitación con menos dardos. Sin embargo, durante el movimiento, el globo y el dardo chocan entre sí y pueden explotar (compuesto).

De esta manera se forma una zona en blanco (zona de carga espacial) cerca de la puerta sin globos ni dardos. Al mismo tiempo, en ambas salas hay algunos fragmentos post-explosión (iones) que crean fuerzas electrostáticas (campos eléctricos internos) e impiden que más globos y dardos atraviesen la puerta (movimiento de deriva).

Finalmente, en ausencia de fuerzas externas, el movimiento del globo y el dardo alcanza un estado de equilibrio y se forma una diferencia de presión o diferencia de energía potencial (potencial eléctrico incorporado o voltaje de barrera) en ambos lados de la puerta.

Si no comprende especialmente esto aquí, especialmente si no está familiarizado con algunos de estos términos, no importa, explíquelos uno por uno.

Agotar capa

La capa de agotamiento es otro nombre para la región de carga espacial en la unión PN, porque en esta región la mayoría de los portadores se agotan, dejando solo iones inmóviles.

El ancho de la capa de agotamiento suele estar entre decenas y cientos de nanómetros y es una parte crítica de la unión PN. Este ancho se refiere a la distancia desde la región P a la región N, que a menudo se expresa como W, y depende principalmente de la concentración de dopaje y el potencial incorporado en las regiones P y N. En general, cuanto mayor es la concentración de dopaje, más estrecha es la capa de agotamiento; Cuanto mayor sea el potencial incorporado, más amplia será la capa de agotamiento.

Campo eléctrico incorporado

El campo eléctrico incorporado se refiere al campo electrostático generado por iones positivos y negativos en la región de carga espacial de la unión PN, y su dirección se dirige desde la región N a la región P. El campo eléctrico incorporado tiene un efecto obstaculizador sobre los portadores, lo que debilita el movimiento de difusión y mejora el movimiento de deriva. El campo eléctrico incorporado es también una de las razones por las que las uniones PN son conductoras unidireccionales.

Tensión de barrera

El voltaje de barrera se refiere a la diferencia de potencial entre los dos extremos de la región de carga espacial en la unión PN, también conocida como potencial incorporado o potencial de contacto. El voltaje de barrera refleja la diferencia en el nivel de energía de la unión PN en equilibrio, queDetermina la barrera de energía que los portadores deben superar a través de la unión PN. En general, cuanto mayor es la concentración de dopaje, menor es el voltaje de barrera; Cuanto mayor es la temperatura, menor es el voltaje de barrera.