Złącze P-N po ludzku

Pomimo obecności artykułu na Wikipedii, właściwie,dzięki gąszczom równań i nie tylko, zwykłym ludziom może być trudno pojąć sedno rozwiązań, będących podstawą współczesnej elektroniki. Więc czym jest złącze P-N , wszechobecne w elektronice, ogniwach PV itd; jak zrozumieć „na chłopski rozum” skomplikowane zjawiska,których wyjaśnienie i wykorzystanie pozwoliło później wytworzyć jeszcze bardziej złożone tranzystory bipolarne ? Jak prosty człowiek,nie będący fizykiem czy elektrykiem/elektronikiem ma to zrozumieć ? Jak ono działa ?

W definicji mowa jest o półprzewodnikach.Tak.To jest znany nam dobrze krzem.

Czysty krzem jednak,bez domieszek jest właściwie izolatorem,a całą strukturę trzeba domieszkować – jeśli czytujesz tego bloga, być może wspomniałem o tym już wcześniej. Po co domieszkować ? Dla obecności elektronu lub dziury*,czyli dwóch podstawowych nośników prądu. Wyjaśnijmy to na przykładach.Istnieje 2 rodzaje domieszkowania:

  • P (ang.Positive) – atomami o wartościowości 3 jak: Bor,Glin,Bar,Ind (B,Al,Ba,In) – głównie borem.
  • N (ang.Negative) – atomami o wartościowości 5 jak: Fosfor,Arsen,Antymon (P,As,Sb) – głównie fosforem

Skoro Krzem ma wartościowość 4, to pierwiastki o wartościowości 3 mają niedobór elektronów (a wiec względny ładunek „pozytywny”,”dziurę” – stąd „positive”) , a te o wartościowości 5 ich nadmiar (a ponieważ elektron ma ładunek ujemny: „negative”).No i dobrze.Ale teraz jeśli kojarzy się zjawisko dyfuzji, czy podstawową wiedzę o elektryczności można zapytać – dlaczego w takim razie, w naturze nie dojdzie do szybkiej dyfuzji czy przepływu elektronów.Cały dowcip jednak w tym,że to zjawisko działa na naszą korzyść tworząc pomiędzy warstwą P i N strefę zubożoną o praktycznie obojętnym,stabilnym ładunku, która w praktyce pełni rolę swego rodzaju bariery. :
strefa zubożona

W naturalnym stanie mamy zatem równowagę.Raczej taką chwiejną,ale równowagę.Wystarczy jednak przyłożyć napięcie, a równowaga ta znika. Napięcie jednak może być oczywiście przyłożone na 2 sposoby:

  • w kierunku przewodzenia, wówczas dodatni (p) biegun napięcia – do obszaru p – wtedy płynie prąd dyfuzyjny
  • w kierunku zaporowym, wówczas dodatni (p) biegun napięcia – do obszaru n – wtedy bariera rośnie.

Widać zatem,dlaczego mówimy o kierunku zaporowym – pomijając możliwe przebicie, złącze jest zatem jednokierunkowe.

Oczywiście to jest teoria elektryczna,w praktyce mamy bariery potencjału itd,ale to już szczegóły, pozwalające zrozumieć szczegóły działania.

*dziura elektronowa (electron hole) choć zachowuje się jak cząstka cząstką oczywiście nie jest;jest wytworem pasmowej teorii przewodnictwa; uproszczeniem,tzw. kwazicząstką a nie np. pozytonem.Gdy byłem młodszy, „dziury” wspomniane w podręczniku sprawiały mi w fizyce dość poważny problem,ponieważ „nie pasowały”. W istocie, jako dziecko nie mogłem pojąć,jak można mówić o poruszającej się pustce,przenoszącej na dodatek jakiś ładunek. Wydawało mi się to nonsensem. Dopiero samodzielne uzupełnianie wiedzy,oraz studiowanie inżynierii materiałowej pozwoliło mi się oswoić z tym pojęciem, i dostrzec pewną analogię (lecz jest to trochę kiepska analogia) do wakancji,poprzez zrozumienie, że to nie „pustka” się może poruszać,ale całe jej otoczenie. Jest prawdziwym problemem,że szkoła uczy nieraz tak wyrywkowo,że niektórzy nie dostrzegają już znaczenia tego, czy jonizacji.Okrojony program nauczania nie jest dobrym programem.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s