Fyzikální podstata přechodu PN

Popišme děje, které budou probíhat v právě vytvořeném přechodu PN.

Vytvoření přechodu neznamená, že k sobě přiložíme polovodič typu P a polovodič typu N. Oba typy polovodiče se musí spojit na mikroskopické úrovni.

Po vytvoření přechodu bude docházet k difúzi děr z polovodiče typu P do polovodiče typu N (viz obr. 80).

Díry i elektrony jakožto nosiče náboje se totiž neustále chaoticky pohybují.

V polovodiči typu N díry rekombinují s elektrony. U rozhraní obou polovodičů se v polovodiči typu P objevují elektricky nevykompenzované nepohyblivé záporné ionty akceptorů.

Díry z okolí rozhraní obou polovodičů přešly částečně do polovodiče typu N a tam rekombinovaly („neutralizovaly se“) s elektrony.

Analogicky dochází k difúzi elektronů z polovodiče typu N do polovodiče typu P, kde rekombinují s dírami. U rozhraní obou typů polovodičů v polovodiči typu N vznikají nepohyblivé nevykompenzované kladné ionty donorů (viz obr. 81).

Ionty jsou pevně vázány do krystalické mříže a proto se nemohou pohybovat. I kdyby se pohybovat mohly, jejich hmotnost je mnohem větší než hmotnost elektronů - proto by se pohybovaly výrazně pomaleji.

Obr. 80	Obr. 81	Obr. 82	Obr. 83

Vzniká tak hradlová vrstva (hradlo, přechod) silná asi s elektrickým polem, jehož intenzita směřuje z oblasti polovodiče N do oblasti polovodiče P (viz obr. 82). Toto elektrické pole brání dalšímu pronikání elektronů a děr do oblasti přechodu PN (viz obr. 83). V rovnovážném stavu se v této oblasti nenacházejí žádné částice s nábojem, proto má tato vrstva velký odpor.

Chceme-li nyní zapojit přechod PN do obvodu stejnosměrného proudu, jsou dvě možnosti.

Připojíme-li přechod PN tak, že oblast P připojíme ke kladnému pólu zdroje, vzniká v polovodiči působením zdroje elektrické pole, které je orientováno opačně než pole hradlové vrstvy (viz obr. 84). Dochází k potlačení („ztenčení“) této vrstvy a obvodem prochází elektrický proud. Přechod PN je zapojen v propustném (přímém) směru.

Díry jsou přitahovány k zápornému pólu zdroje, elektrony ke kladnému.

V případě, kdy zapojíme přechod PN tak, že ke kladnému pólu zdroje připojíme oblast N, hradlová vrstva se zvětší. Elektrony z části polovodiče N jsou přitahovány vnějším elektrickým polem ke kladnému pólu zdroje a díry z části polovodiče P jsou přitahovány k zápornému pólu zdroje (viz obr. 85). Zvětší se tak oblast, v níž nejsou žádné volné nositelé náboje. V tomto případě proud přechodem neprochází a přechod PN je zapojen v závěrném (zpětném) směru.

Díky neuspořádanému pohybu vodivostních částic (děr i elektronů) i v tomto případě přes přechod PN teče velmi malý proud. Tento proud je ale zanedbatelný ve srovnání se zapojením stejného přechodu PN ke stejnému zdroji v propustném směru.

Průrazný režim přechodu PN je komplikovanější, protože některé typy průrazů jsou destruktivní, jiné nedestruktivní.

Obr. 84	Obr. 85