پیوند P-N بایاس صفر

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: در مواد نیمه هادی نوع n، ناخالصی‌های پنج ظرفیتی اضافه می‌شود در حالی که در مواد نیمه هادی نوع p، ناخالصی‌های سه ظرفیتی اضافه می‌شود. اگر ناخالصی‌های اضافه شده به مواد نیمه هادی نوع p و نوع n یکنواخت نباشد، در یک ناحیه تعداد زیادی حامل بار وجود دارد در حالی که در ناحیه دیگر تعداد کمی حامل بار وجود دارد. به دلیل این غیر یکنواخت حامل‌های بار دوپینگ در مناطق با غلظت بالا از یکدیگر دفع می‌شوند و به سمت منطقه با غلظت کم حرکت می‌کنند تا غلظت یکنواخت در سراسر ماده حاصل شود.

حامل‌های شارژ که از تقاطع عبور می‌کنند

پیوند p-n که در آن ولتاژ خارجی اعمال نمی‌شود، پیوند p-n بایاس صفر نامیده می‌شود. به پیوند p-n بایاس صفر، پیوند p-n بدون بایاس نیز گفته می‌شود.

اجازه دهید یک پیوند p-n بایاس صفر را همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است در نظر بگیریم، در نیمه هادی نوع n تعداد زیادی الکترون آزاد وجود دارد در حالی که در نیمه هادی نوع p تعداد کمی الکترون آزاد وجود دارد. از این رو، غلظت الکترون‌ها در نیمه هادی‌های نوع n زیاد است در حالی که غلظت الکترون‌ها در نیمه هادی‌های نوع p کم است.

به دلیل غلظت بالای الکترون‌ها در سمت n، آن‌ها از یکدیگر دفع می‌شوند. از این رو آن‌ها سعی می‌کنند به سمت منطقه کم غلظت حرکت کنند. همچنین از آنجایی که الکترون‌های آزاد و حفره‌های محل پیوند بسیار نزدیک به یکدیگر هستند. طبق قانون کولن، نیروی جاذبه الکترواستاتیکی بین بار‌های مخالف وجود دارد.

از این رو، الکترون‌های آزاد از سمت n به سمت حفره‌های سمت p جذب می‌شوند. بنابراین، الکترون‌های آزاد از ناحیه n (منطقه با غلظت بالا) به ناحیه p (منطقه با غلظت کم) حرکت می‌کنند.

در نیمه هادی‌های نوع p، تعداد زیادی سوراخ وجود دارد در حالی که در نیمه هادی‌های نوع n تعداد کمی سوراخ وجود دارد. از این رو، غلظت سوراخ‌ها در نیمه هادی‌های نوع p زیاد است در حالی که غلظت سوراخ‌ها در نیمه هادی‌های نوع n کم است. همچنین از آنجایی که الکترون‌ها و حفره‌های محل پیوند بسیار نزدیک به هم هستند. طبق قانون کولن، نیروی جاذبه الکترواستاتیکی بین بار‌های مخالف وجود دارد.

از این رو، حفره‌های سمت p به سمت الکترون‌های آزاد در سمت n جذب می‌شوند. بنابراین، سوراخ‌ها از ناحیه p (منطقه با غلظت بالا) به ناحیه n (منطقه با غلظت کم) حرکت می‌کنند.

تشکیل یون مثبت و منفی

الکترون‌های آزاد که از محل پیوند عبور می‌کنند، با پر کردن حفره‌های اتم‌های سمت p، الکترون‌های اضافی را در اختیار اتم‌های سمت p قرار می‌دهند. اتمی که الکترون اضافی به دست می‌آورد، الکترون بیشتری نسبت به پروتون دارد. می‌دانیم که وقتی اتم یک الکترون اضافی از اتم بیرونی به دست آورد به یون منفی تبدیل می‌شود. یون‌های منفی را پذیرنده نیز می‌نامند، زیرا الکترون‌های اضافی را از اتم‌های بیرونی می‌پذیرند.

بنابراین، هر الکترون آزاد که از محل پیوند عبور می‌کند تا حفره‌های سمت p را پر کند، یون‌های منفی در سمت p ایجاد می‌کند.

به طور مشابه، هر الکترون آزاد که اتم سمت n را ترک کرده تا حفره‌های اتم سمت p را پر کند، حفره‌ای در اتم سمت n ایجاد می‌کند. اتمی که یک الکترون را از دست می‌دهد، پروتون بیشتری نسبت به الکترون دارد. می‌دانیم که وقتی اتم یک الکترون از دست می‌دهد به یون مثبت تبدیل می‌شود. یون‌های مثبت نیز اهدا کننده نامیده می‌شوند، زیرا الکترون‌های اضافی را به اتم‌های بیرونی اهدا می‌کنند.

بنابراین، هر الکترون آزاد که اتم مادر سمت n را ترک کرده و از محل پیوند عبور می‌کند تا حفره‌های اتم سمت p را پر کند، یک یون مثبت در سمت n ایجاد می‌کند.