10.6 :  Noções básicas de semicondutores

Uma junção p-n é formada quando materiais semicondutores do tipo p e do tipo n são unidos. Na interface da junção pn, buracos do lado p e elétrons do lado n começam a se difundir para os lados opostos devido ao gradiente de concentração. Esta difusão de portadores leva a uma região ao redor da junção onde não há portadores de carga livre, conhecida como região de depleção. A densidade de carga dentro da região de depleção para o lado n e o lado p pode ser descrita pelas equações:

Onde q é a carga elementar, N_D e N_A são as concentrações de dopagem do doador e do aceitador, respectivamente.

As cargas fixas na região de depleção criam um campo elétrico (E), apontando do lado n para o lado p, opondo-se à difusão adicional de portadores. Este campo elétrico dá origem a uma diferença de potencial através da junção, conhecida como tensão incorporada (V_0), que pode ser calculada por:

Onde, V_T é a tensão térmica e ni é a concentração intrínseca da portadora.

Existem dois tipos de correntes em uma junção pn: corrente de difusão devido à difusão do portador e corrente de deriva devido ao campo elétrico. No equilíbrio, a magnitude da corrente de difusão é igual à magnitude da corrente de deriva, levando a nenhum fluxo líquido de corrente através da junção. Sob condições de circuito aberto, não há corrente externa, e a tensão incorporada da camada de depleção equilibra o potencial de contato nas junções metal-semicondutor, resultando em tensão líquida zero nos terminais.

A tensão de barreira incorporada e a largura da região de depleção desempenham papéis críticos no comportamento da junção. A largura da região de depleção determina a capacitância da junção e afeta como a junção responderá às tensões externas.