Nozioni di base: giunzioni PN - manichini

Di per sé, i semiconduttori di tipo P (con carica positiva) e di tipo N (con carica negativa) sono solo conduttori. Ma se li metti insieme su un circuito elettronico, crei una giunzione pn e accade una cosa interessante e molto utile: la corrente può scorrere attraverso la giunzione pn , ma solo in una direzione.

Se si mette la tensione positiva sul lato p della giunzione e la tensione negativa sul lato n, la corrente scorre attraverso la giunzione. Ma se si inverte la tensione, mettendo la tensione negativa sul lato p e la tensione positiva sul lato n, la corrente non fluisce.

Immagina un cancello girevole come le porte che devi attraversare per entrare in uno stadio di baseball o in una stazione della metropolitana: puoi attraversare il cancello in una direzione ma non nell'altra. Questo è essenzialmente ciò che fa una giunzione p-n. Permette alla corrente di fluire in un modo, ma non nell'altro.

Per capire perché le giunzioni p-n consentono alla corrente di fluire in una sola direzione, è necessario prima capire cosa succede esattamente al confine tra il materiale di tipo p e il materiale di tipo n. Poiché le cariche opposte si attraggono, gli elettroni in più sul lato di tipo n della giunzione sono attratti dai fori sul lato di tipo p. Quindi iniziano a spostarsi dall'altra parte.

Quando un elettrone lascia il lato di tipo n per riempire un buco nel lato di tipo p, rimane un buco nel lato di tipo n dove si trovava l'elettrone. Quindi, è come se l'elettrone e il buco si scambiassero. Il confine di una giunzione p-n finisce per essere popolato dai disertori: elettroni e buchi hanno attraversato il confine e ora si trovano sul lato sbagliato della giunzione.

Questa regione che è occupata da elettroni e fori che sono stati attraversati è chiamata zona di esaurimento . Poiché un lato della zona di svuotamento ha elettroni (cariche negative) e l'altro lato ha fori (cariche positive), esiste una tensione tra i due bordi della zona di svuotamento.

Questa tensione ha un effetto interessante sui disertori: li fa cenno di voltarsi e tornare a casa. In altre parole, i fori che sono saltati sul lato negativo della giunzione attraggono gli elettroni che hanno saltato sul lato positivo.

Immagina cosa vuol dire essere un elettrone che è saltato oltre il confine e nel lato di tipo p della giunzione. Essendo caricati negativamente, sei attratto dal muovere ulteriormente verso il lato p dai buchi caricati positivamente che vedi davanti a te.

Ma sei anche attratto dai buchi caricati positivamente che ora si trovano dietro di te - lo stesso buco con cui ti sei scambiato ora esercita una pressione su di te che ti scoraggia dall'andare oltre.

Incapace di prendere una decisione, decidi di restare solo. Questo è esattamente ciò che accade agli elettroni e ai buchi che sono passati dall'altra parte. La zona di svuotamento diventa stabile - uno stato chiamato equilibrio .

Consideriamo ora cosa succede quando l'equilibrio è disturbato da una tensione posta attraverso la giunzione p-n. L'effetto dipende da quale direzione viene applicata la tensione, come segue:

• Se si applica una tensione positiva al lato di tipo p e una tensione negativa al lato di tipo n, la zona di svuotamento viene spinta da entrambi i lati verso il centro, rendendolo più piccolo. Gli elettroni nel lato di tipo n della giunzione vengono spinti dalla tensione verso la zona di svuotamento e infine collassano completamente. Quando ciò accade, la giunzione p-n diventa un conduttore e scorre la corrente.

• Quando la tensione viene applicata nella direzione inversa, la zona di svuotamento viene tirata da entrambi i lati della giunzione e quindi si espande. Più grande diventa, più un isolante diventa la giunzione p-n. Pertanto, quando la tensione viene applicata nella direzione inversa, la corrente non fluisce attraverso la giunzione.