10.6 : Yarı İletkenin Temelleri

P tipi ve n tipi yarı iletken malzemeler bir araya getirildiğinde bir p-n bağlantısı oluşur. P-n bağlantısının arayüzünde, p-tarafından gelen delikler ve n-tarafından gelen elektronlar, konsantrasyon gradyanı nedeniyle karşıt taraflara yayılmaya başlar. Taşıyıcıların bu difüzyonu, tükenme bölgesi olarak bilinen, serbest yük taşıyıcılarının bulunmadığı kavşak çevresinde bir bölgeye yol açar. N tarafı ve p tarafı için tükenme bölgesindeki yük yoğunluğu aşağıdaki denklemlerle açıklanabilir:

Q'nun temel yük olduğu yerde, N_D ve N_A sırasıyla donör ve alıcı doping konsantrasyonlarıdır.

Tükenme bölgesindeki sabit yükler, n-tarafından p-tarafına doğru işaret eden ve taşıyıcıların daha fazla yayılmasına karşı çıkan bir elektrik alanı (E) oluşturur. Bu elektrik alanı, bağlantı noktası boyunca yerleşik voltaj (V_0) olarak bilinen ve şu şekilde hesaplanabilen bir potansiyel farka yol açar:

Burada, V_T termal voltajdır ve n_i, içsel taşıyıcı konsantrasyonudur.

Bir p-n ekleminde iki tür akım vardır: taşıyıcı difüzyondan kaynaklanan difüzyon akımı ve elektrik alanından kaynaklanan sürüklenme akımı. Dengede, difüzyon akımının büyüklüğü sürüklenme akımının büyüklüğüne eşittir ve bağlantı noktası boyunca net akım akışı olmamasına yol açar. Açık devre koşulları altında, harici akım yoktur ve tükenme katmanının yerleşik voltajı, metal-yarı iletken bağlantılarındaki temas potansiyelini dengeleyerek terminaller arasında sıfır net voltajla sonuçlanır.

Yerleşik bariyer voltajı ve tükenme bölgesinin genişliği, bağlantının davranışında kritik rol oynar. Tükenme bölgesinin genişliği bağlantının kapasitansını belirler ve bağlantının harici voltajlara nasıl tepki vereceğini etkiler.