Pn junctie

[RaYK]

Hey

ik wou wat meer informatie hebben over de werking van transistoren maar had al rap door dat ik hiervoor het best diodes en dus PN junctie's eerst even bekeek..

nu zit ik toch wat verveeld met volgende:

als je P en N materiaal bij mekaar steekt krijg je een grensgebied waardoor de vrije elektronen en de gaten niet meer kunnen oversteken.. Dit grensgebied bestaat dus uit de atomen waarvan de gaten zijn opgevult met de vrije elektronen.. wat ik niet begrijp is waarom die vrije elektronen van het N materialen hier bijvoorbeeld niet gewoon door kunnen gaan?

grtz,

Rayk

[RaYK]

door er letterlijk een tekening van te maken denk ik het te snappen

dus door de junctie krijg je een grensgebied, dit grensgebied is neutraal door de vrije elektronen van het N materiaal te nemen en te mengen met wat gaten uit het P materiaal. Doordat er nu minder vrije elektronen zijn in het N materiaal is deze kant nu positief en doordat er nu minder protonen zijn in het P materiaal is het dus aan die kant negatief.

De vrije elektronen kunnen nu niet door dit grensgebied heen omdat het teveel aan protonen in het N materiaal de elektronen de kans niet geven weg te glippen Diegene die dan toch erin slagen om in het neutrale gebied te komen en over te steken naar het P materialen zorgen voor de lekstroom..

klopt dit?

[TD]

In p-materiaal is er een hoge concentratie van holen, voor een n-materiaal is de concentratie aan elektronen hoger. Als je deze twee materialen tegen elkaar brengt, zien de holen en de elektronen aan de rand een groot verschil in concentratie. Door diffusie zullen holen naar het n-materiaal willen gaan en elektronen naar het p-materiaal. Dit gebeurt ook: zo ontstaat er een grensgebied van een zekere dikte waarbij holen van het p-materiaal in het n-materiaal dringen en omgekeerd.

Er bouwt zich in die grenslaag dus een scheiding van ladingen op, dit veroorzaakt op zijn beurt een intern elektrisch veld. Dit elektrisch veld zorgt ook voor een kracht op de holen en de elektronen, maar tegengesteld aan de diffusiekracht. In het begin zal dit effect kleiner zijn, maar er komt een moment (de grenslaag groeit) waarbij de twee krachten in evenwicht zijn: netto gaan er dan geen holen meer naar het n-materiaal of elektronen naar het p-materiaal.

[RaYK]

Er bouwt zich in die grenslaag dus een scheiding van ladingen op, dit veroorzaakt op zijn beurt een intern elektrisch veld. Dit elektrisch veld zorgt ook voor een kracht op de holen en de elektronen, maar tegengesteld aan de diffusiekracht.

Dit snap ik nu niet, dus de gaten en de vrije elektronen komen naar elkaar toe en gaan gaan binden waardoor je dus een middenlaag krijgt die neutraal is? Hierdoor ontstaat dus een positieve kant een neutrale laag in het midden en een negatieve kant? Waarvan komt dat elektrisch veld dan? Ik snap niet waarom die gaten en die vrije elektronen niet gewoon door die neutrale laag kunnen doorglippen.. :s

groetn,

rayk

[TD]

Nee: er werken twee tegengestelde krachten: de diffusie enerzijds en het intern opgebouwd elektrisch veld anderzijds. Wanneer deze in (dynamisch) evenwicht zijn, heb je een constante (dikte van de) grenslaag. De laag is trouwens niet "neutraal"...

[Andy]

Hallo,

besef goed wat een n-type materiaal is en wat een p-type materiaal is.

Als je zuiver silicium hebt, heeft elk Si atoom 4 valentie-elektronen (het is een IV element in de tabel van mendeljev). Elk siliciumatoom gaat dus 4 bindingen aan.

een n-type ontstaat wanneer je in dit silicium een stof gaat brengen die 5 valentie-elektronen heeft (een V-element dus, bvb As, P, ...). Wat gebeurt er: zo'n doteringselement (het Arseen of fosfor bvb), gaat een plaats innemen van een Silicium-atoom, waardoor het ook 4 bindingen zal hebben.



zoals op de figuur te zien, betekent dit dat je een elektron teveel hebt in je silicium.

aangezien je een neutraal fosforatoom inbracht (dus P met 5 valentie-elektronen) en er 1 elektron weggaat van dit fosforatoom, betekent dit dat het fosforatoom GELADEN achter blijft.

Als je een stuk n-type silicium hebt, dan zal dat echter gemiddeld wel neutraal zijn uiteraard, die elektronen zitten daar nog wel ergens in... maar op het atomair niveau heb je enerzijds elektronen (bewegelijke ladingen) en anderzijds de vaste ionen (POSITIEF in n-type materiaal)

in een p-type materiaal is het juist omgekeerd... (zie oa deze wikipagina voor het equivalente figuurtje (bij p-doping)

We hebben nu NEGATIEVE ionen in het materiaal die niet bewegelijk zijn en POSITIEVE holen die wel bewegelijk zijn...

breng je deze twee met elkaar in contact, dan zullen enkel de BEWEGELIJKE ladingen zich verplaatsen door diffusie. Dus, de holen gaan naar het n-type diffunderen en laten een zone achter waar enkel negatieve ionen zitten, de elektronen gaan naar het p-type diffunderen en laten een zone achter waar enkel positieve ionen zitten.

Omdat holen en elektronen elkaar zullen opheffen (men zegt wel eens dat de holen gevuld worden door de elektronen), hou je in het midden een zone over waar langs de p-kant een negatieve lading zit, en langs de n-kant een positieve lading zit.

Nu zorgen die ladingen (die niet bewegelijk zijn, de ionen dus) voor een elektrisch veld die er net voor zorgt dat diffusie tegengewerkt wordt. op die manier krijg je een evenwichtssituatie

volgende figuur zal veel verduidelijken denk ik:



zie onder andere deze site voor nog mooie figuren zoals die waar de lading, elektrisch veld en potentiaal in functie van de positie staan...

Wanneer je de redenering hierboven begrijpt is het misschien (ik zeg wel misschien) wenselijk om eens te kijken hoe je eenvoudig een bandendiagram kan tekenen, dat maakt ook heel wat duidelijk, maar het wordt wel iets moeilijker.

Veel succes met het verder begrijpen van halfgeleidercomponenten! 't is interessant maar niet altijd even eenvoudig...

[RaYK]

bedankt voor de grondige uitleg, ik zal het wel een paar keer moeten lezen om het 100% te snappen maar dan zit ik alvast goed om met die basis verder te gaan naar dioden en transistoren

bedankt!

ps.: het is toch niet omdat het fosfor atoom zich bindt met 4 Silicium atomen dat daarvoor dat 5de elektron moet weglopen? Het wordt toch nog steeds licht aangetrokken door het fosfor atoom? Of niet?

[Andy]

ps.: het is toch niet omdat het fosfor atoom zich bindt met 4 Silicium atomen dat daarvoor dat 5de elektron moet weglopen? Het wordt toch nog steeds licht aangetrokken door het fosfor atoom? Of niet?

ik wist dat die opmerking ging komen .

de reden dat het elektron zich ver van het fosforatoom kan bevinden is dat daarvoor voldoende temperatuur is. Wat betekent temperatuur fysisch? eigenlijk niets anders dan beweging van deeltjes. Dus hoe hoger de temperatuur, hoe meer beweging. in dit geval: hoe meer beweging van de elektronen (deze zijn immers vrij om te bewegen, de vaste ionen waarover ik het hierboven had, zijn gebonden en zullen eerder vibraties ondergaan, ze zullen trillen ten opzichte van elkaar...).

finja, 't is moeilijk om uit te leggen als je niet voldoende fysica hiervoor gezien hebt... 't gaat over banddiagrammen en boltzmanndistributies... als dit je iets zegt, laat het weten, kunnen mensen op dit forum dit aspect wat meer belichten, maar indien je dit niet kent, dan hoef je je daar geen zorgen in te maken (tenzij je het heeel grondig wil bestuderen)

't komt erop neer dat het inderdaad niet steeds zo moet zijn dat alle donor/acceptoratomen (dat was redelijk belangrijk begrip dat ik hierboven vergat te vermelden) geïoniseerd moeten zijn. het is mogelijk dat slechts een deel geïoniseerd is, en dat is afhankelijk van de temperatuur...

eventjes nog over die donor/acceptoratoom...

donoratoom: het geeft een elektron teveel, het doneert een elektron aan het Si. Deze bevinden zich in ntype Si

acceptoratoom: het ontvant een elektron, equivalent: het heeft een gat. Deze atomen bevinden zich in p-type Si.

Ik begrijp dat bovenstaande post van mij redelijk ingewikkeld lijkt, maar het komt erop neer dat de gaten/elektronen een negatieve/positieve vaste lading achterlaten die niet verdwijnt als het elektron of het gat verdwijnt. Op die manier krijg je een geladen gebied aan de feitenlijke junctie, waardoor een elektrisch veld ontstaat waarover TD het reeds had.

[TD]

Als Engels geen probleem is, heb je waarschijnlijk ook iets aan deze pagina.