pn-siire

11. klass > Füüsika > 4. kursus: Energia

Pooljuhtkristalli, mille üks osa sisaldab doonor-, teine aga aktseptorlisandit nimetatakse pn-siirdeks.

Kirjeldatud olukorra tekkimise järel algab lisandjuhtide kontaktpiirkonnas intensiivne laengute vahetamine ehk elektron-aukude difusioon – elektronid siirduvad n-pooljuhist p-pooljuhti, aukude liikumine on arusaadavalt vastupidine.

53

Taoliste üleminekute tõttu laadub n-pooljuhi kontaktpind positiivselt, p-pooljuhi kontaktpind aga negatiivselt – p- ja n-pooljuhi ühenduskihi – tõkkekihi – erinevate poolte vahel tekib pinge.

Tõkkekihis endas tekib elektriväli, mis takistab laengute edasist vahetamist kristalli erinevate poolte vahel. Ainult need elektronid ja/või augud, millel on piisavalt suur energia, suudavad ületada elektrivälja takistavat mõju ning tungida läbi tõkkekihi. Tõkkekihis endas vabu laenguid praktiliselt ei ole, sest nad ei suuda sealse elektrivälja tõttu paigale jääda ning liiguvad temast kiiresti läbi.

Kui pn-siirdega kristallis väline elektriväli puudub, ei saa me rääkida ka elektrivoolu olemasolust, sest elektronide-aukude liikumist kristalli erinevate poolte vahel võime lugeda tasakaalus olevateks ning tekkivad „voolud“ sisuliselt nullivad teineteist. Kui asetada pn-siirdega pooljuht välisesse elektrivälja – rakendada tema otstele pinge, sõltub järgnev välise elektrivälja polaarsusest.

Kui väline elektriväli on vastassuunaline tõkkekihi elektriväljaga (joonis a), siis tõkkekihis elektriväli nõrgeneb ning enamus-laengukandjad (p-pooljuhis augud, n-pooljuhis elektronid) liiguvad läbi siirde – siiret läbib tugev elektrivool. Vastavat pinget ja voolu nimetatakse päripingeks ja pärivooluks.

54

Kui välise välja suund langeb aga kokku tõkkekihi elektrivälja suunaga, hakkavad augud liikuma elektrivälja suunas (vooluallika negatiivsele poolusele), elektronid aga elektriväljale vastupidises suunas (vooluallika positiivsele poolusele) ning pn-siiret läbiv vool on kas väga nõrk või puudub sootuks. Vastavat pinget ja voolu nimetatakse vastupingeks ja vastuvooluks.

55

Sama tugevusega välise elektrivälja korral tekkiv pärivool on miljoneid kordi tugevam kui vastuvool. Taoline pn-siirde omadus võimaldab meil teda kasutada omalaadse ventiilina, mis ühes suunas laseb elektrivoolu läbi, teises aga mitte.

Taoliseid pn-siirdele iseloomuliku ventiili-omadustega pooljuhtseadmeid nimetatakse pooljuhtdioodideks.

Pooljuhtseadmeid kasutavat elektroonikaharu nimetatakse pooljuhtelektroonikaks.