Wikipédia

„P-n átmenet” változatai közötti eltérés

Laptörténet interaktív böngészése
[ellenőrzött változat][ellenőrzött változat]
← Régebbi szerkesztésÚjabb szerkesztés →
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
VizuálisWikiszöveges
korrektúra; üres szakasz ki
korrekciók, megfogalmazások, szaklektorálás
3. sor:
[[Kép:NP átmenet magyarázattal gif.GIF|thumb|right|277px|PN átmenet szemléltetése]][[Kép:NP átmenet tértöltési zóna gif.GIF|thumb|right|277px|Tértöltési zóna kialakulása a PN átmenet mentén]]
 
A '''p-n átmenet''' egy Nn-típusú és egy Pp-típusú [[félvezető]] találkozásánál alakulalakulhat ki. IlyenkorMivel aaz szennyezőátmenet atomokkét eloszlásaoldalán megváltozik.eltér Aa PNfélvezetőpolaritás, átmenetezért más-más lesz a kéttöbbségi különböző[[töltéshordozó]]. adalékolásúAz anyagn-típusú határánoldalon jönaz létre[[Elektron|elektronok]], ésa csakp-típusú néhányoldalon mikrométeraz vastagságú[[Elektronlyuk|elektronlyukak]] vannak többségben. A két réteganyagi érintkezésénéltartomány aközötti elektromos kontaktus kialakulása hatására mindkét oldalról töltéshordozók koncentrációkülönbségeáramlanak miatta másik oldalra, és részben semlegesítik egymást. Ennek következtében a határfelületen egyensúlyi állapotban töltéshordozóban szegény [[diffúziókiürített tartomány]] indulalakul megki.
 
== A két félvezetőtípus ==
A p-n átmenet például kialakítható úgy, hogy egy félvezető kristály különböző tartományait eltérő szennyezőatomokkal adalékolják, azaz [[Dópolás|dópolják]].
'''N-típus''' esetén a félvezető anyagát a gyártás során elektrontöbblettel rendelkező anyaggal adalékolják, ezért ott negatív töltésűvé válik (ezért hívjuk n-típusúnak). Ez szilícium esetén például foszfor, ami 5 vegyértékelektronnal rendelkezik. Ebből 4 vesz részt a kötésben, az 5. pedig „szabad”.▼
 
▲* '''N-típus''' esetén a félvezető anyagát a gyártás során elektrontöbblettel rendelkező anyaggal adalékoljákdópolják, ezért ott negatív töltésűvétöltéstöbblet válikalakul ki (ezért hívjuk n-típusúnak). Mivel a szennyezőatom ebben az esetben szabad elektront ad a mátrixhoz, ezért a szennyezőt [[Donor|donornak]] nevezzük. Ez [[szilícium]] esetén lehet például [[foszfor]], ami 5 [[Vegyértékelektron|vegyértékelektronnal]] rendelkezik., Ebbőlmelyből 4 vesz részt a kötésben, az 5. pedig „szabad”szabad elektronként a vezetési sávba juthat.
'''P-típus''' esetén a félvezetőt elektronhiánnyal rendelkező anyaggal adalékolják, így „lyukak” alakulnak ki az anyag szerkezetében, melyek pozitív töltésnek tekinthetők. Például bór (B), melynek 3 elektronja tud létrehozni kötést, és a 4. helyen egy „lyuk” keletkezik.
 
* '''P-típus''' esetén a félvezetőt elektronhiánnyal rendelkező anyaggal dópolják, ezért ott a negatív töltések hiánya, illetve a szilárdtestfizikai interpretáció szerint [[elektronlyuk]] típusú töltéshordozók túlsúlya alakul ki. Mivel a szennyezőatom elektronokat vesz fel a mátrixból (tehát elektronlyukakat kelt), ezért akceptornak nevezzük. Például a [[Bór|bórnak]] 3 vegyértékelektronja van, mely a szilíciuméánál eggyel kevesebb, így a bórral dópolt szilíciumban elektronlyukak alakulnak ki, melyek a vegyértéksávba juthatnak.
Legtöbbször ezt egy [[félvezető]] kristály különböző részeinek eltérő adalékolásával ([[akceptor]] vagy [[donor]] atomok) érik el. Ez az átmenet a két réteg határán alakul ki, és olyan érdekes tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek elektronikai alkalmazásokban hasznosak. Egy P vagy N-típusú [[félvezető]]nek aránylag jó a vezetőképessége, azonban az átmeneti réteg nem vezet. Ezt a nem vezető réteget [[Kiürített tartomány|kiürülési tartománynak]] nevezik. Ez azért jön létre, mert a két réteg töltéshordozói (N-típusnál az elektronok, P-típusnál a lyukak) kölcsönhatásba léphetnek egymással és rekombinálódnak. Az [[elektron]] és a lyuk (elektronhiány) találkozásakor ilyen egyszerű esetben az elektron betölti a lyukat és mindkettő megszűnik. Ezen nem vezető réteg segítségével érdekes elektronikai alkalmazásokat lehet megvalósítani. Többségi töltéshordozónak az adalékolt anyagnak többségben részt vevő töltéshordozóit nevezzük (tehát N típus esetén ezek elektronok, míg P esetén a „lyukak”). A kisebbségi töltéshordozók pedig a másik csoport (N esetén „lyukak”, P esetén elektronok).▼
 
▲Legtöbbször ezt egy [[félvezető]] kristály különböző részeinek eltérő adalékolásával ([[akceptor]] vagy [[donor]] atomok) érik el. Ez az átmenet a két réteg határán alakul ki, és olyan érdekes tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek elektronikai alkalmazásokban hasznosak. Egy Pp- vagy Nn-típusú [[félvezető]]nek aránylag jó a vezetőképessége, azonban az átmeneti réteg nem vezet. Ezt a nem vezető réteget [[Kiürített tartomány|kiürülési tartománynak]] nevezik. Ez azért jön létre, mert a két réteg töltéshordozói (Nn-típusnál az elektronok, Pp-típusnál aaz lyukakelektronlyukak) kölcsönhatásba léphetnek egymással és rekombinálódnakrekombinálódhatnak. Az [[elektron]] és a lyuk (elektronhiány) találkozásakor ilyen egyszerű esetben az elektron betölti a lyukat és mindkettő megszűnik. EzenA nemkiüritett vezető rétegtartomány segítségével érdekes elektronikai alkalmazásokat lehet megvalósítani. Többségi töltéshordozónak az adalékolt anyagnak többségben részt vevő töltéshordozóit nevezzük (tehát N típus esetén ezek elektronok, míg P esetén a „lyukak”). A kisebbségi töltéshordozók pedig a másik csoport (N esetén „lyukak”, P esetén elektronok).
== PN átmenetek felépítése és működése ==▼
Ha egy n és egy p típusú réteget rakunk egymás mellé, akkor az adalékoló atomok eloszlása megváltozik. A PN átmenet a két különböző adalékolású anyag határán jön létre, és csak néhány mikrométer vastagságú. A két réteg érintkezésénél a töltéshordozók koncentrációkülönbsége miatt [[diffúzió]] indul meg.▼
 
Többségi töltéshordozónak az adalékolt anyagnak többségben részt vevő töltéshordozóit nevezzük (tehát n-típus esetén ezek elektronok, míg p-típus esetén az elektronlyukak). A kisebbségi töltéshordozók pedig a másik csoport (n-típus esetén elektronlyukak, p-típus esetén elektronok).
A koncentráció különbség miatt a P oldalról az N oldalra megindul a részecskék vándorlása [[diffúziós áram]], és középen, a tértöltési zónában rekombinálódnak. Miután a szabad töltések elvándoroltak, a helyhez kötött töltések egy E diffúziós potenciált hoznak létre. A kisebbségi töltéshordozók pedig [[driftáram]]ot hoznak létre a kiürített részbe való vándorlással. Ezután energiaegyensúly alakul ki.▼
 
▲== PNP-n átmenetek felépítése és működése ==
'''Kiürített réteg''': először a PN átmenet közvetlen közelében lévő többségi töltéshordozók áramlanak a másik oldalra és rekombinálódnak. Ebből viszont az következik, hogy a PN átmenet két oldalán olyan réteg keletkezik, amelyből elfogytak a töltéshordozók. Ezt a réteget nevezzük kiürített rétegnek.
▲Ha egy n- és egy p -típusú réteget rakunk egymás mellé, akkor az adalékoló atomok eloszlása megváltozik. A PNp-n átmenet a két különböző adalékolású anyag határán jön létre, és csak néhány mikrométer vastagságú. A két réteg érintkezésénél a töltéshordozók koncentrációkülönbsége miatt a töltések [[diffúzió|diffúziója]] indul meg.
 
▲A koncentráció különbség miatt a Pp oldalról az Nn oldalra megindul a részecskék vándorlása [[diffúziós áram]], és középen, a tértöltési zónában rekombinálódnak. Miután a szabad töltések elvándoroltak, a helyhez kötött töltések egy E diffúziós potenciált hoznak létre. A kisebbségi töltéshordozók pedig [[driftáram]]ot hoznak létre a kiürített részbe való vándorlással. EzutánEzek között energiaegyensúly alakul ki. Először a p-n átmenet közvetlen közelében lévő többségi töltéshordozók áramlanak a másik oldalra és rekombinálódnak. Ebből viszont az következik, hogy a PN átmenet két oldalán kialakul a kiürített tartomány, amelyből a töltéshordozók elfogytak.
Az elektromos erőteret létrehozó tértöltési tartomány két oldalán kialakul egy belső potenciálgát, amit U<sub>D</sub> diffúziós feszültségnek (kontaktpotenciálnak) nevezünk. A diffúziós potenciál a tértöltés PN átmenet mentén a p-oldalon negatív, az n-oldalon pozitív potenciált hoz létre. A két oldal közti teljes potenciálkülönbséget nevezzük diffúziós potenciálnak. [[Germánium]]nál az U<sub>D</sub>= 0,1 – 0,2 V míg [[szilícium]]nál U<sub>D</sub>= 0,6 – 0,7 V.▼
 
▲Az elektromos erőteret létrehozó tértöltési [[tértöltés-tartomány]] két oldalán kialakul egy belső potenciálgát, amit U<sub>D</sub> diffúziós feszültségnek, (általánosabban [[Kontaktpotenciál|kontaktpotenciálnak)]] nevezünk. A diffúziós potenciál a tértöltés PN átmenet mentén a p-oldalon negatív, az n-oldalon pozitív potenciált hoz létre. A két oldal közti teljes potenciálkülönbséget nevezzük diffúziós potenciálnak. [[Germánium]]nál az U<sub>D</sub>= 0,1 – 0,2 V míg [[szilícium]]nál U<sub>D</sub>= 0,6 – 0,7 V.
Az alkalmazások megértéséhez még két fogalmat szükséges érteni: ''nyitó irányú előfeszítés'' és ''záró irányú előfeszítés.''
 
== Előfeszítés ==
== Nyitó irányú előfeszítés ==▼
Azt nevezzük nyitó irányú előfeszítésnek, amikor a P-típusú részre pozitív, az N-típusú részre pedig negatív [[elektromos feszültség|feszültség]]et kapcsolunk.▼
 
▲=== Nyitó irányúNyitóirányú előfeszítés ===
Így a P-típusú rétegben lévő lyukak és az N-típusú rétegben lévő elektronok a kiürülési réteg felé mozdulnak a taszító erő miatt, csökkentve ezzel a kiürülési tartomány vastagságát és csökkentve a potenciálgátat, ami a kiürülési tartomány miatt jött létre. Az előfeszítést (a feszültséget) növelve a kiürülési tartomány olyan vékonnyá válhat, hogy a töltéshordozók át tudnak menni rajta és így az összeállítás ellenállása nagyon lecsökken, megindul a töltésáramlás. (Ha az elektron átjut a kiürülési tartományon a P-típusú rétegbe, akkor ott nem rekombinálódik, hanem eljut a feszültségforrásig.)▼
▲Azt nevezzük nyitó irányúnyitóirányú előfeszítésnek, amikor a Pp-típusú részre pozitív, az Nn-típusú részre pedig negatív [[elektromos feszültség|feszültség]]et kapcsolunk.
 
▲Így a Pp-típusú rétegben lévő lyukak és az Nn-típusú rétegben lévő elektronok a kiürülési réteg felé mozdulnak a taszító erő miatt, csökkentve ezzel a kiürülési tartomány vastagságát és csökkentve a potenciálgátat, ami a kiürülési tartomány miatt jött létre. Az előfeszítést (a feszültséget) növelve a kiürülési tartomány olyan vékonnyá válhat, hogy a töltéshordozók át tudnak menni rajta és így az összeállítás ellenállása nagyon lecsökken, megindul a töltésáramlás. (Ha az elektron átjut a kiürülési tartományon a Pp-típusú rétegbe, akkor ott nem rekombinálódik, hanem eljut a feszültségforrásig.)
== Záró irányú előfeszítés ==▼
Záró irányú előfeszítésről akkor beszélünk, ha a P-típusú részre negatív, az N-típusú részre pedig pozitív feszültséget kapcsolunk.▼
 
▲=== Záró irányúZáróirányú előfeszítés ===
Ilyenkor a P-típusú tartomány töltéshordozói (lyukak) távolodnak a kiürülési rétegtől, hisz a negatív pólus vonzza őket, és hasonlóan távolodnak a kiürülési rétegtől az N-típusú tartomány töltéshordozói (elektronok) is. Így megnövekszik a kiürülési tartomány vastagsága, illetve nő az átmenetnél fellépő potenciálgát, így jelentősen nő az összeállítás elektromos ellenállása. Ha az előfeszítés elér egy kritikus értéket, a p-n átmenet megszűnik (ezt a jelenséget letörésnek nevezik) és megindul a töltések áramlása.▼
▲Záró irányúZáróirányú előfeszítésről akkor beszélünk, ha a Pp-típusú részre negatív, az Nn-típusú részre pedig pozitív feszültséget kapcsolunk.
 
▲Ilyenkor a Pp-típusú tartomány töltéshordozói (lyukak) távolodnak a kiürülési rétegtől, hisz a negatív pólus vonzza őket, és hasonlóan távolodnak a kiürülési rétegtől az Nn-típusú tartomány töltéshordozói (elektronok) is. Így megnövekszik a kiürülési tartomány vastagsága, illetve nő az átmenetnél fellépő potenciálgát, így jelentősen nő az összeállítás elektromos ellenállása. Ha az előfeszítés elér egy kritikus értéket, a p-n átmenet megszűnik (ezt a jelenséget letörésnek nevezik) és megindul a töltések áramlása.
 
== Kapcsolódó szócikkek ==
 
* [[Dióda]]
 
A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/wiki/P-n_átmenet”