LA GIUNZIONE pn

Una giunzione pn è il risultato dell’unione di un semiconduttore estrinseco di tipo n con uno di tipo p ; può essere ottenuta da  un’ unica struttura cristallina attraverso la creazione di due zone  separate  a drogaggio opposto. In corrispondenza della zona di contatto tra le due regioni p ed n possono avvenire fenomeni diffusivi (migrazione) delle cariche di trasporto di maggioranza (lacune ed elettroni) verso la regione adiacente.

Questo vuol dire che attraverso la zona di contatto le lacune diffondono dalla zona p (che ricordiamo possedere una maggioranza di trasportatori positivi) verso quella n, dove possono ricombinarsi con gli elettroni, e al contrario gli elettroni diffondono in direzione opposta per andare a ricombinarsi con le lacune nella regione di tipo p.

semiconduttori estrinseci uniti
Giunzione pn

Tali movimenti diffusivi delle cariche di maggioranza determinano la formazione di una corrente di diffusione ID .

Ma le ricombinazioni lacune-elettroni determinano la formazione di una zona attorno alla giunzione chiamata regione svuotata, ovvero una zona dove le cariche di maggioranza presenti sono in bassa concentrazione rispetto alle cariche fisse  (ioni) , che non possono diffondere.

Tali cariche fisse hanno origine  dalla ionizzazione degli atomi del reticolo cristallino e la loro presenza genera a sua volta un campo elettrico che tende ad ostacolare il moto diffusivo delle cariche di maggioranza; in particolare tra le due estremità della regione di svuotamento si crea una differenza di potenziale.

 

Ma non è finita, perchè nelle due zone p ed n esistono anche trasportatori di carica di minoranza generati dall’agitazione termica, ossia elettroni nella regione p e lacune nella regione n.  Queste cariche minoritarie, sotto l’influenza del potenziale della regione di svuotamento, si mettono anch’esse in moto , generando una corrente di deriva IS che ha verso contrario rispetto a quella diffusiva. In una situazione di equilibrio nella giunzione pn la corrente totale è nulla perchè ID ed IS si annullano a vicenda.

Esiste la possibilità di applicare una differenza di potenziale  alle estremità delle due regioni p ed n, proprio come se fossero due elettrodi. A quel punto ciò che otteniamo è una giunzione polarizzata, che può essere inversamente o direttamente polarizzata.

Nel caso della polarizzazione inversa dobbiamo immaginare la zona di tipo p collegata al polo negativo di una pila, mentre l’estremità della regione di tipo n è collegata al polo positivo.

In queste condizioni i due poli della pila attirano le lacune e gli elettroni allontanandoli dalla regione di svuotamento, che si allarga di conseguenza, e che sarà in tal modo ulteriormente impoverita di tali trasportatori e di conseguenza più fitta di cariche fisse , quindi avremo una differenza di potenziale maggiore rispetto al caso di una giunzione in equilibrio: diventa molto più complicata la diffusione delle cariche di maggioranza. Insomma, la corrente di diffusione si annulla e rimane solo quella di deriva.

La giunzione collegata agli elettrodi di una pila
Polarizzazione inversa della giunzione

Nel caso della polarizzazione diretta, al contrario, i poli della pila sono collegati alle due regioni della giunzione con segni concordi. Si ottiene una regione di svuotamento più stretta, una tensione di potenziale minore per la stessa e dunque meno resistenza alla diffusione delle cariche di trasporto di maggioranza. La corrente di diffusione è molto più grande di quella di deriva.

La regione di svuotamento si assottiglia
Polarizzazione diretta

Una giunzione  pn è importante nell’industria elettronica perchè costituisce ciò che viene chiamato un diodo.

Chimitutor -24 Agosto 2017