10.6 : Nozioni di Base sui Semiconduttori

Una giunzione p-n, si forma quando i materiali semiconduttori di tipo p e di tipo n vengono uniti insieme. All'interfaccia della giunzione p-n, le lacune del lato p e gli elettroni del lato n iniziano a diffondersi nei lati opposti a causa del gradiente di concentrazione. Questa diffusione di portatori porta ad una regione attorno alla giunzione dove non ci sono portatori di carica liberi, nota come regione di svuotamento. La densità di carica all'interno della regione di svuotamento per il lato n e il lato p può essere descritta dalle equazioni:

Dove q è la carica elementare, N_D e N_A sono rispettivamente le concentrazioni di drogaggio del donatore e dell’accettore.

Le cariche fisse nella regione di svuotamento creano un campo elettrico (E), che punta dal lato n al lato p, opponendosi all'ulteriore diffusione dei portatori. Questo campo elettrico dà origine ad una differenza di potenziale ai capi della giunzione, nota come tensione incorporata (V₀), che può essere calcolata come:

Dove V_T è la tensione termica e n_i è la concentrazione intrinseca del portatore.

Esistono due tipi di correnti in una giunzione p-n: la corrente di diffusione dovuta alla diffusione del portatore e la corrente di deriva dovuta al campo elettrico. All'equilibrio, l'entità della corrente di diffusione è uguale all'entità della corrente di deriva, portando flusso di corrente netto attraverso la giunzione pari a zero. In condizioni di circuito aperto, non c'è corrente esterna e la tensione incorporata nello strato di svuotamento, bilancia il potenziale di contatto sulle giunzioni metallo-semiconduttore, risultando in una tensione netta pari a zero tra i terminali.

La tensione di barriera incorporata e l'ampiezza della regione di svuotamento svolgono un ruolo critico nel comportamento della giunzione. La larghezza della regione di svuotamento determina la capacità della giunzione e influenza il modo in cui la giunzione risponderà alle tensioni esterne.