Puolijohteet

pn-liitos

Pelkällä p- tai n-tyypin puolijohteellakaan ei ole elekroniikassa juurikaan sovelliksia. Monessa elektroniikan komponentissa käytetään materiaaleja, jotka koostuvat sekä p- että n-tyypin puolijohteiden yhdistelmistä.

Monien puolijohdekomponenttien tärkein rakenneosa on pn-liitos. Tämä saadaan aikaan liittämällä fysikaalisesti yhteen p-tyyppinen ja n-tyyppinen puolijohde. Tämä on esitetty seuraavassa periaatekuvassa.

Diffuusion vaikutuksesta enemmistökantajia siirtyy liitoskohdan yli ja aukot sekä elektronit rekombinoituvat. Tämä varausten liike voidaan lyhyesti selittää sillä, että erimerkkiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa ja samanmerkkiset hylkivät toisiaan. Liitoskohdan ympäristöön jää tällöin p-tyypin sidoselektronien aiheuttama negatiivinen varaus ja n-tyypin sidosaukkojen aiheuttama positiivinen varaus. Nämä varaukset, joita yhteisesti kutsutaan avaruus- tai kaksoisvaraukseksi, synnyttävät liitoskohtaan sähkökentän.

Syntyneen sähkökentän aiheuttamaa jännite-eroa rajakerroksen yli kutsutaan potentiaalivalliksi. Potentiaalivallin synty ei täysin lopeta diffuusiota.
Syntyvä sähkökenttä aiheuttaa liikkuvuuden perusteella n-tyypissä olevien johtavuusaukkojen ja p-tyypissä olevien johtavuuselektronien (vähemmistökantajat) siirtymisen liitoksen yli. Tasapainotilassa tämän pienen liikkuvuusvirran vaikutuksen kumoaa yhtä suuri mutta vastakkaissuuntainen diffuusiovirta.

Tämä estää diffuusion jatkumisen, kun tietty tasapainotila on saavutettu. Enemmistökantajista tyhjentynyttä aluetta kutsutaan rajakerrokseksi tai tyhjennysalueeksi. Liitoksen ympärille syntyy katoalue, rajakerros, jossa ei ole vapaita, sähköä johtavia, varauksia.

pn-liitoksen ominaisuuksia kiderakennetasolla tarkasteltuna. Diffusion vaikutuksesta pn-liitoksessa kulkee paikallisesti (diffusio)virta (toiseksi ylimmäinen kuva). Alimpina pn-liitoksen paikallinen varaustiheys sekä sähköinen potentiaali.