Giunzione pn

Materie:	Appunti
Categoria:	Tdp
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Data:	04.07.2007
Numero di pagine:	3
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GIUNZIONE pn
La giunzione pn si ottiene unendo un semiconduttore drogato di tipo p con un semiconduttore drogato di tipo n. Essa viene realizzata partendo da un’unica barretta di silicio, ad esempio, e drogandola in parte con atomi accettori ed in parte con atomi donatori.
Un esempio di giunzione pn viene illustrato in fig. 1:
fig. 1
Al momento dell’unione, si verifica il meccanismo di diffusione, che riguarda lo spostamento dei portatori maggioritari verso la zona opposta (gli elettroni dalla zona n alla zona p, le lacune dalla zona p alla zona n). Esso è dovuto alla differenza di concentrazione, o gradiente di concentrazione.
Nel loro spostamento per diffusione, elettroni e lacune tendono a ricombinarsi: nella zona a cavallo della giunzione non vi sono quindi elettroni e lacune liberi. Viene così a crearsi una zona priva di portatori mobili, che prende il nome di zona di svuotamento, o depletion region: in essa troviamo solamente ioni positivi, nella parte di semiconduttore di tipo n, e ioni negativi, nella parte di semiconduttore di tipo p, fissi nelle loro posizioni del reticolo. Ai capi di questa zona si stabilisce una differenza di potenziale, detta barriera di potenziale, che tende ad opporsi ad un ulteriore passaggio dei portatori maggioritari, favorendo invece quello dei minoritari. In questo caso nasce una nuova corrente, detta corrente di deriva o di drift. Si raggiunge una condizione di equilibrio nel momento in cui le due correnti (quella di diffusione e quella di deriva), deboli e di segno opposto, si annullano vicendevolmente.
La larghezza della regione di svuotamento dipende comunque dalle caratteristiche della barretta di semiconduttore intrinseco di partenza e dalla concentrazione delle impurità; è, comunque, di piccole dimensioni, dell’ordine di alcuni decimi di μm.

POLARIZZAZIONE DIRETTA DELLA GIUNZIONE pn
In questo caso, si applica alla zona p un potenziale maggiore rispetto a quello della zona n. In questo caso si ha un abbassamento della barriera di potenziale con conseguente ripresa della diffusione dei portatori maggioritari. Una corrente di notevole intensità, crescente con la tensione de di polarizzazione, viene a fluire tra la zona p e la zona n; in queste condizioni la zona di svuotamento si restringe. Nella zona n la concentrazione di lacune decresce mano a mano che si penetra nella zona, allontanandosi dalla giunzione, in quanto, in questa zona, le lacune, provenienti dalla zona p, divengono portatori minoritari e tendono a ricombinarsi con gli elettroni, qui presenti in gran numero. Un discorso analogo riguarda gli elettroni per la zona p (fig. 2).
fig. 2
Come si evince dal grafico, la curva pn tende al valore limite pn0 che rappresenta la concentrazione delle lacune nella zona n all’equilibrio termico per effetto della legge dell’azione di massa. Mentre la curva np decresce tendendo al valore limite np0 che, che rappresenta il livello di concentrazione degli elettroni nella zona p per effetto della legge dell’azione di massa.

POLARIZZAZIONE INVERSA DELLA GIUNZIONE pn
In questo caso, si applica alla zona p un potenziale minore rispetto a quello della zona n. La differenza di potenziale ai capi della zona di svuotamento rafforza la barriera di potenziale, favorendo il passaggio dei portatori minoritari, che originano una debole corrente di deriva praticamente costante, ostacolando invece il passaggio dei portatori maggioritari. In questo modo si ha un allargamento della zona di svuotamento,che si estende nelle zone n e p in maniera inversamente proporzionale alla rispettiva concentrazione di impurezze. Infatti diremo che il prodotto della concentrazione di atomi accettori e della distanza della zona p dalla giunzione è pari al prodotto della concentrazione di atomi donatori e della distanza della zona n dalla giunzione:
Nella zona di svuotamento la concentrazione è nulla poiché tutte le coppie elettrone-lacuna vengono rimosse per via della differenza di potenziale; man mano che ci si allontana da questa zona le concentrazioni aumentano fino ad arrivare ai valori di equilibrio termico (fig. 3).
fig. 3