1.9. p-n keçid
Elektron–deşik keçidi və ya p–n keçid əks tip keçiriciliyə malik iki yarımkeçiricinin kontaktında yaranan elektrik keçididir. Kontakta gətirilən yarımkeçiricilər eyni materialdan olduqda homo p–n keçid, müxtəlif materiallardan olduqda hetero p–n keçid alınır.
İki yarımkeçiricinin bilavasitə kontakta gətirilməsi ilə p–n keçid almaq demək olar ki, mümkün deyil. Çünki, tstənilən təmizlənmədən sonra kristalların səthlərində böyük miqdarda aşqarlar, müxtəlif defektlər olur ki, onlar da yarımkeçiricinin xassələrininin kəskin dəyişməsinə səbəb olur. Odur ki, p–n keçidlər planar texnologiya və ya epitaksiya üsulları ilə alınır. Planar texnologiyada p–n keçidlər n–tip yarımkeçiricinin bir hissəsinə akseptor aşqarları və ya p–tip yarımkeçiricinin bir hissəsinə donor aşqarları diffuziya etdirməklə alınır. Diffuziya prosesləri yüksək temperaturlarda (1100–13000C) aparılır. Epitaksiya üsulunda monokristallik altlıq, məsələn n–tip Si silisiumun üzərinə p–tip monokristallik silisium təbəqəsi çökdürülür. Bu zaman altlıq ilə çökdürülmüş təbəqə arasında p–n keçid yaranır. Epitaksial təbəqə ya qaz, ya da maye fazadan çökdürülə bilər. Molekulyar–şüa epitaksiya üsulunda altlıq üzərinə çökdürülən maddənin atomlarının seli yönəldilir. Əgər kimyəvi birləşmə və ya bərk məhlul çökdürülürsə, onda altlıq üzərinə hər bir komponentin atomları ayrı–ayrı mənbələrdən göndərilir. Bu üsulla çox nazik, hətta bir neçə nanometr qalınlıqlı təbəqələr almaq mümkündür.
P–n keçidlər öz əlamətlərinə görə simmetrik və qeyri–simmetrik, kəskin və tədrici (səlis), nöqtəvi və müstəvi və s. kimi növlərə ayrılırlar. Simmetrik p–n keçidlərdə n– və p–oblastlar eyni səviyyədə aşqarlanır, yəni donor və akseptorların konsentrasiyası eyni olur: Nd=Na. Qeyri–simmetrik keçidlərdə isə aşqarlanma dərəcələri müxtəlif olur. Kəskin p–n keçidlərdə kontakt sahəsində aşqarların tipinin və konsentrasiyası dəyişdiyi oblastın qalınlığı çox kiçik olur: Δx→0, yəni kontakt müstəvisində keçiricilik növü kəskin şəkildə dəyişir. Tədrici p–n keçidlərdə isə bu qiymət tədricən dəyişir.
Fərz edək ki, MM müstəvisi eyni bir yarımkeçiricinin iki müxtəlif keçiriciliyə malik hissələrini bir birindən ayıran müstəvidir (şək.1.9.1, a). ondan solda p-tip yarımkeçirici, sağda isə n-tip yarımkeçirici yerləşir. Akseptor və donorların konsentrasiyalarını (Na və Nd ) biri birinə bərabər hesab edək. Şək.1.9.1, b-də akseptor və donorların x oxu boyunca paylanması göstərilmişdir. Kontakt yaranan ilk anda sərhəd yaxınlığında hər iki tərəfdə əsas yükdaşıyıcıların böyük konsentrasiyası yaranır. Bu isə elektronlarının n–oblastdan p–oblasta, deşiklərin isə p–oblastdan n–oblasta diffuziyasına səbəb olur. Nəticədə sərhəddi keçən elektronlar sərhəd yaxınlığında p–oblastda əsas yükdaşıyıcılar olan deşiklərlə rekombinasiya edir. Eləcə də, n–oblasta keçən deşiklər sərhəd yaxınlığında əsas yükdaşıyıcılar olan elektronlarla rekombinasiya edirlər. Beləliklə, kontakta yaxın n- hissədə sərbəst elektronlar, p-hissədə isə deşiklər demək olar ki qalmır. Kontakt yaxınlığında n-hissədə donor aşqarlarının müsbət həcmi yükləri, p-hissədə isə akseptor aşqarlarının mənfi yüklü ionları formalaşır. Şək.1.9.1, c-də p-n keçid oblastında sərbəst yükdaşıyıcıların, şək.1.9.1, ç- də isə hərəkətsiz həcmi yüklərin paylanması göstərilmişdir. Burada  və  - həcmi yüklərin p və n hissədəki eni,  p-n keçidin tam eni,  - p- hissədə deşiklərin konsentrasiyası,  - p- hissədə elektronların konsentrasiyası,  - n- hissədə deşiklərin konsentrasiyası,  - n- hissədə elektronların konsentrasiyasıdır.
Hərəkətsiz həcmi yüklər p-n keçiddə daxili elektrik sahəsi və kontakt potensiallar fərqi yaradır. Yarımkeçiricinin n-hissədən p- hissəsinə yönəlmiş bu daxili elektrik sahəsi əsas daşıyıcıların sonrakı hərəkətinə mane olur və kontaktı keçən əsas daşıyıcıların sayı xeyli azalır. Qeyri-əsas daşıyıcılar isə kontaktı maneəsiz keçir. Hesablama göstərir ki, kontakt potensiallar fərqinin qiyməti aşağıdakı kimi hesablanır:
|
