10.6 : أساسيات أشباه الموصلات

يتم تشكيل تقاطع p-n عندما يتم ربط مواد أشباه الموصلات من النوع p والنوع n معًا. عند واجهة الوصلة p-n، تبدأ الثقوب من الجانب p والإلكترونات من الجانب n في الانتشار إلى الجوانب المقابلة بسبب تدرج التركيز. ويؤدي هذا الانتشار للناقلات إلى منطقة حول التقاطع حيث لا توجد ناقلات شحن مجانية، والمعروفة باسم منطقة الاستنفاد. يمكن وصف كثافة الشحنة داخل منطقة النضوب للجانب n والجانب p بالمعادلات:

حيث q هي الشحنة الأولية، N_D و N_A هما تركيزات المنشطات للمانحين والمتقبلين، على التوالي.

تخلق الشحنات الثابتة في منطقة النضوب مجالًا كهربائيًا (E)، يشير من الجانب n إلى الجانب p، مما يعارض المزيد من انتشار الموجات الحاملة. يؤدي هذا المجال الكهربائي إلى ظهور فرق جهد عبر الوصلة، يُعرف بالجهد الداخلي (V_0)، والذي يمكن حسابه من خلال:

حيث V_T هو الجهد الحراري، وni هو تركيز الناقل الجوهري.

هناك نوعان من التيارات الموجودة في تقاطع p-n: تيار الانتشار بسبب انتشار الموجة الحاملة وتيار الانجراف بسبب المجال الكهربائي. في حالة التوازن، يساوي حجم تيار الانتشار حجم تيار الانجراف، مما يؤدي إلى عدم وجود تدفق تيار صافي عبر الوصلة. في ظل ظروف الدائرة المفتوحة، لا يوجد تيار خارجي، ويعمل الجهد الكهربي المدمج في الطبقة المستنزفة على موازنة إمكانات الاتصال عند تقاطعات أشباه الموصلات المعدنية، مما يؤدي إلى صافي جهد صفري عبر الأطراف.

يلعب جهد الحاجز المدمج وعرض منطقة النضوب أدوارًا حاسمة في سلوك الوصلة. يحدد عرض منطقة النضوب سعة الوصلة ويؤثر على كيفية استجابة الوصلة للجهود الخارجية.