Pn-kryss
I halvlederfysikk betegner et pn-kryss en sone i krystallet der dopingen varierer brått og går fra en p- doping til en n- doping . Når det p- dopede området bringes i kontakt med n- regionen , diffunderer elektronene og hullene spontant på hver side av krysset, og skaper dermed en utarmingssone eller romladningssone (ZCE), hvor konsentrasjonen av frie bærere er nesten null. Mens en dopet halvleder er en god leder, lar knutepunktet knapt strøm strømme. Bredden på utarmingssonen varierer med spenningen som påføres på begge sider av krysset. Jo mindre dette området er, jo lavere er motstanden til krysset. Strømspenningskarakteristikken til krysset er sterkt ikke-lineær: det er en diode .
Jeg(V){\ displaystyle I (V)}
Fysikken til pn-kryss har stor praktisk bruk i etableringen av halvlederanordninger. Den nåværende likeretterdioden så vel som de fleste andre typer dioder inneholder således et pn-kryss. De fotovoltaiske cellene består av et stort område pn-kryss der elektronhullparene som genereres av lys er atskilt av det elektriske feltet i krysset. Til slutt lages en type transistor , den bipolare transistoren , ved å sette to pn-kryss i revers - pnp eller npn- transistor .
Produksjon
Doping
Dopingprofilen er hovedvariabelen som vi kan spille på for å lage forskjellige kryss. Denne dopingen skifter type på begge sider av krysset, og går fra doping av type p til doping av n- type . I praksis er det vanskelig å raskt droppe tettheten av dopanter (f.eks. Givere) fra en konstant verdi til 0.
IKKED{\ displaystyle N_ {D}}
Space charge area
Romladningssonen kan defineres som sonen til krysset der det har vært en rekombinasjon av et elektronhullspar. Som et resultat gjenstår bare faste avgifter. Det kalles også en utarmingssone .
Teoretisk tilnærming
Basert på Maxwells lover og hvor og karakteriserer materialet som brukes (her dopet halvleder). Vi utleder det og med C og D er integrasjonskonstanter.div(E)=ρϵ{\ displaystyle {\ text {div}} (E) = {\ frac {\ rho} {\ epsilon}}}E=-grad(V){\ displaystyle E = - {\ text {grad}} (V)}ρ{\ displaystyle \ rho}ϵ{\ displaystyle \ epsilon}EJeg(x)=ρJegϵJeg(x-x0Jeg)+VS{\ displaystyle E_ {i} (x) = {\ frac {\ rho _ {i}} {\ epsilon _ {i}}} (x-x_ {0i}) + C}VJeg(x)=-ρϵ(x22-x0Jeg⋅x)-VS⋅x+D{\ displaystyle V_ {i} (x) = - {\ frac {\ rho} {\ epsilon}} \ left ({\ frac {x ^ {2}} {2}} - x_ {0i} \ cdot x \ høyre) -C \ cdot x + D}
-
ρ=q⋅IKKEpå{\ displaystyle \ rho = q \ cdot Na} eller ρ=q⋅IKKEd{\ displaystyle \ rho = q \ cdot Nd}
-
IKKEpå{\ displaystyle N_ {a}} representerer antall aksepterere
-
IKKEd{\ displaystyle N_ {d}} antall givere
-
q=1,6×10-19 VS{\ displaystyle q = 1,6 \ times 10 ^ {- 19} \ {\ text {C}}}( elementær elektrisk ladning )
Enten blokk P på krysset koblet til en potensiell ledning og blokk N på samme måte til en potensiell ledning . Grensesnittet mellom ledningen og den dopede halvlederblokken vil bli neglisjert på grunn av unødvendig tillegg av kompleksitet til forståelsen av fenomenet.
hvis hvis hvis hvisV1{\ displaystyle V_ {1}}V2{\ displaystyle V_ {2}}E(x)=vs.ste{\ displaystyle E (x) = cste}x<x0{\ displaystyle x <x_ {0}}
E(x)=-qIKKEpåϵ(x-x0)+VS{\ displaystyle E (x) = - {\ frac {qN_ {a}} {\ epsilon}} (x-x_ {0}) + C}(x∈[x0,0]){\ displaystyle \ left (x \ in \ left [x_ {0}, 0 \ right] \ right)}
E(x)=qIKKEdϵx+D{\ displaystyle E (x) = {\ frac {qN_ {d}} {\ epsilon}} x + D}(x∈[0,x1]){\ displaystyle \ left (x \ in \ left [0, x_ {1} \ right] \ right)}
E(x)=vs.ste{\ displaystyle E (x) = cste}x>x1{\ displaystyle x> x_ {1}}
-
x0,x1{\ displaystyle x_ {0}, x_ {1}} definere henholdsvis start og slutt på rombelastningssonen som er sentrert på 0.
- på venstre og høyre kant er E (x) konstant fordi det ikke er belastning ( )ρ=0{\ displaystyle \ rho = 0}
Fordi halvlederblokkene er koblet til ledende ledninger, er det elektriske feltet E (x) null på . Ved kontinuitet i det elektriske feltet:]-∞,x0[U]x1,+∞[{\ displaystyle \ left] - \ infty, x_ {0} [U] x_ {1}, + \ infty \ right [}
E(x)=0{\ displaystyle E (x) = 0}hvis hvis hvis hvisx<x0{\ displaystyle x <x_ {0}}
E(x)=-q⋅IKKEpåϵ(x-x0){\ displaystyle E (x) = - {\ frac {q \ cdot N_ {a}} {\ epsilon}} (x-x_ {0})}(x∈[x0,0]){\ displaystyle \ left (x \ in \ left [x_ {0}, 0 \ right] \ right)}
E(x)=q⋅IKKEdϵ(x-x1){\ displaystyle E (x) = {\ frac {q \ cdot N_ {d}} {\ epsilon}} (x-x_ {1})}(x∈[0,x1]){\ displaystyle \ left (x \ in \ left [0, x_ {1} \ right] \ right)}
E(x)=0{\ displaystyle E (x) = 0}x>x1{\ displaystyle x> x_ {1}}
Og
V(x)=V1{\ displaystyle V (x) = V_ {1}}hvis hvis hvis hvisx<x0{\ displaystyle x <x_ {0}}
V(x)=q⋅IKKEpåϵ(x22-x0⋅x)+V1+q⋅IKKEpå⋅x022ϵ{\ displaystyle V (x) = {\ frac {q \ cdot N_ {a}} {\ epsilon}} \ left ({\ frac {x ^ {2}} {2}} - x_ {0} \ cdot x \ høyre) + V_ {1} + {\ frac {q \ cdot N_ {a} \ cdot x_ {0} ^ {2}} {2 \ epsilon}}}(x∈[x0,0]){\ displaystyle \ left (x \ in \ left [x_ {0}, 0 \ right] \ right)}
V(x)=-q⋅IKKEd⋅x22⋅ϵ-q⋅IKKEpå⋅x0ϵ⋅x+V1-q⋅IKKEpå⋅x022⋅ϵ{\ displaystyle V (x) = - {\ frac {q \ cdot N_ {d} \ cdot x ^ {2}} {2 \ cdot \ epsilon}} - {\ frac {q \ cdot N_ {a} \ cdot x_ {0}} {\ epsilon}} \ cdot x + V1 - {\ frac {q \ cdot N_ {a} \ cdot x_ {0} ^ {2}} {2 \ cdot \ epsilon}}}(x∈[0,x1]){\ displaystyle \ left (x \ in \ left [0, x_ {1} \ right] \ right)}
V(x)=V2{\ displaystyle V (x) = V2}x>x1{\ displaystyle x> x_ {1}}
Organiske PN-kryss
I 2020 oppnås den organiske ekvivalenten til et pn-kryss ved bruk av to ionoelastomerer i stedet for to krystallinske halvledere:
Enheten er fargeløs, gjennomsiktig, fleksibel og strekkbar. Målet er å til slutt oppnå en hel ionoelektronikk som erstatter elektronikk i situasjoner der elektroniske komponenter, stive og sprø, ikke er egnet.
Merknader og referanser
-
Martin Tiano, “ Flexible transistorer ” Pour la Science , n o 511,Mai 2020, s. 9.
-
(in) Dace Gao og Pooi See Lee, " Rectifying ionic current with ionoelastomers " , Science (review) , vol. 367, nr . 647914. februar 2020, s. 735-736 ( DOI 10.1126 / science.aba6270 ).
-
(i) Hyeong Jun Kim, Baohong Chen Zhigang Suo og Ryan C. Hayward, " Ionoelastomer junctions entre polymer networks of fixed anions and kations " , Science (review) , vol. 367, nr . 647914. februar 2020, s. 773-776 ( DOI 10.1126 / science.aay8467 ).
Se også
Relaterte artikler
Eksterne linker
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">