Kryqëzimi P-n dhe vetitë e tij

Në një kryqëzim p-n, përqendrimi i shumicës së transportuesve të ngarkesës në rajonet p- dhe n mund të jetë i barabartë ose dukshëm i ndryshëm. Në rastin e parë, kryqëzimi p-n quhet simetrik, në të dytën - asimetrik. Tranzicionet asimetrike përdoren më shpesh.

Le të jetë përqendrimi i papastërtisë së pranuesit në rajonin p më i madh se përqendrimi i papastërtisë së dhuruesit në rajonin n (Fig. 1.1a). Prandaj, përqendrimi i vrimave (rrathët e hapur) në rajonin p do të jetë më i madh se përqendrimi i elektroneve (rrathët e zinj) në rajonin n.

Për shkak të difuzionit të vrimave nga rajoni p dhe elektroneve nga rajoni n, ato priren të shpërndahen në mënyrë të barabartë në të gjithë vëllimin. Nëse elektronet dhe vrimat do të ishin neutrale, atëherë difuzioni përfundimisht do të çonte në një barazim të plotë të përqendrimit të tyre në të gjithë vëllimin e kristalit. Megjithatë, kjo nuk ndodh. Vrimat, duke lëvizur nga rajoni p në rajonin n, rikombinohen me një pjesë të elektroneve që i përkasin atomeve të papastërtisë së dhuruesit. Si rezultat, jonet e ngarkuara pozitivisht të papastërtisë së dhuruesit që mbeten pa elektrone formojnë një shtresë kufitare me një ngarkesë pozitive. Në të njëjtën kohë, largimi i këtyre vrimave nga rajoni p çon në faktin se atomet e papastërtisë së pranuesit, të cilët kanë kapur një elektron fqinj, formojnë një ngarkesë negative të pakompensuar të joneve në rajonin afër kufirit. Në mënyrë të ngjashme, lëvizja e difuzionit të elektroneve nga rajoni n në rajonin p ndodh, duke çuar në të njëjtin efekt.

Si rezultat, një shtresë kufitare e ngushtë, pjesë e një mikroni, formohet në kufirin që ndan rajonin n dhe rajonin p. l, njëra anë e së cilës është e ngarkuar negativisht (p-rajoni) dhe tjetra është e ngarkuar pozitivisht (n-rajoni).

Diferenca potenciale e formuar nga ngarkesat kufitare quhet Diferenca e mundshme e kontaktit U(Figura 1.1,a) ose pengesë potenciale, të cilat transportuesit nuk janë në gjendje t'i kapërcejnë. Vrimat që i afrohen kufirit nga rajoni p zmbrapsen nga një ngarkesë pozitive dhe elektronet që afrohen nga rajoni n zmbrapsen ngarkesë negative. Diferenca e potencialit të kontaktit U korrespondon me një fushë elektrike me intensitet E. Kështu, një kryqëzim p-n me gjerësi prej l, e cila është një shtresë gjysmëpërçuese me një përmbajtje të reduktuar bartës - e ashtuquajtura shtresa e varfërimit, e cila ka një nivel relativisht të lartë rezistenca elektrike R.

Vetitë e strukturës p-n ndryshojnë nëse në të aplikohet një tension i jashtëm U Nëse tensioni i jashtëm është i kundërt në shenjë, diferenca dhe tensioni i potencialit të kontaktit fushë e jashtme E pr është e kundërt me E (Fig. 1.1, b), atëherë vrimat e rajonit p, të zmbrapsura nga potenciali pozitiv i aplikuar i një burimi të jashtëm, i afrohen kufirit midis rajoneve, kompensojnë ngarkesën e disa joneve negative dhe ngushtoni gjerësinë e kryqëzimit p-n nga ana e rajonit p. Në mënyrë të ngjashme, elektronet e rajonit n, të zmbrapsur nga potenciali negativ i një burimi të jashtëm, kompensojnë ngarkesën e disa joneve pozitive dhe ngushtojnë gjerësinë e kryqëzimit p-n në anën e rajonit n. Barriera e mundshme ngushtohet, vrimat nga rajoni p dhe elektronet nga rajoni n fillojnë të depërtojnë nëpër të dhe rryma fillon të rrjedhë nëpër kryqëzimin p-n.

Me një rritje të tensionit të jashtëm, rryma rritet pafundësisht, pasi krijohet nga transportuesit kryesorë, përqendrimi i të cilave rimbushet vazhdimisht nga një burim i tensionit të jashtëm.

Polariteti i tensionit të jashtëm, që çon në një ulje të pengesës së mundshme, quhet i drejtpërdrejtë, hapës, dhe rryma e krijuar prej tij quhet përpara. Kur aplikohet një tension i tillë, kryqëzimi p-n është i hapur dhe rezistenca e tij R është<

Nëse në strukturën p-n aplikohet një tension me polaritet të kundërt U arr (Fig. 1.1c), efekti do të jetë i kundërt. Fusha elektrike me intensitet E arr përkon në drejtim me fushe elektrike E p-n kryqëzim. Nën ndikimin e fushës elektrike të burimit, vrimat në rajonin p zhvendosen në potencialin negativ të tensionit të jashtëm, dhe elektronet në rajonin n zhvendosen në potencialin pozitiv. Kështu, shumica e transportuesve të ngarkesës largohen nga kufiri nga fusha e jashtme, duke rritur gjerësinë e kryqëzimit pn, i cili rezulton të jetë transportues pothuajse pa pagesë. Rezistenca elektrike e kryqëzimit pn rritet. Ky polaritet i tensionit të jashtëm quhet i kundërt, bllokues. Kur aplikohet një tension i tillë, kryqëzimi p-n mbyllet dhe rezistenca e tij është R arr >>R.

Megjithatë, me tension të kundërt, vërehet se rrjedh një rrymë e vogël. Kjo rrymë, ndryshe nga rryma e drejtpërdrejtë, përcaktohet jo nga transportuesit e papastërtive, por nga përçueshmëria e brendshme, e formuar si rezultat i gjenerimit të çifteve "elektron-vrima të lira" nën ndikimin e temperaturës. Këto media janë treguar në Fig. 1.1, në një elektron të vetëm në rajonin p dhe në një vrimë të vetme në rajonin n. Vlera e rrymës së kundërt është praktikisht e pavarur nga tensioni i jashtëm. Kjo shpjegohet me faktin se për njësi të kohës numri i çifteve të gjeneruara elektron-vrima në një temperaturë konstante mbetet konstant, dhe madje edhe në një fraksion të voltit, të gjithë transportuesit marrin pjesë në krijimin e një rryme të kundërt.

Kur aplikohet një tension i kundërt, kryqëzimi p-n krahasohet me një kondensator, pllakat e të cilit janë p- dhe n-rajone të ndara nga një dielektrik. Rolin e dielektrikut e kryen rajoni kufitar, pothuajse pa pagesë. Ky kapacitet i kryqëzimit pn quhet pengesë. Sa më e vogël të jetë gjerësia e kryqëzimit pn dhe sa më e madhe sipërfaqja e saj, aq më e madhe është.

Parimi i funksionimit të një kryqëzimi pn karakterizohet nga karakteristikat e tij të tensionit aktual. Figura 1.2 tregon karakteristikat e plota të rrymës-tensionit të kryqëzimeve p-n të hapura dhe të mbyllura.

Siç mund të shihet, kjo karakteristikë është në thelb jolineare. Në faqen 1 E pr< Е и прямой ток мал. На участке 2 Е пр >E, nuk ka asnjë shtresë bllokuese, rryma përcaktohet vetëm nga rezistenca e gjysmëpërçuesit. Në seksionin 3, shtresa bllokuese parandalon lëvizjen e transportuesve kryesorë, një rrymë e vogël përcaktohet nga lëvizja media të vogla ngarkuar. Prishja në karakteristikën e tensionit aktual në origjinë është për shkak të shkallëve të ndryshme të rrymës dhe tensionit në drejtimet e përparme dhe të kundërta të tensionit të aplikuar në kryqëzimin pn. Dhe së fundi, në seksionin 4 në mostrat U arr =U, ndodh prishja e kryqëzimit p-n dhe rryma e kundërt rritet shpejt. Kjo për faktin se kur lëvizin nëpër një kryqëzim pn nën ndikimin e një fushe elektrike, transportuesit e pakicës së ngarkesave marrin energji të mjaftueshme për jonizimin e ndikimit të atomeve gjysmëpërçues. Në tranzicion, fillon një shumëzim në formë orteku i bartësve të ngarkesës - elektroneve dhe vrimave - që çon në rritje të mprehtë rryma e kundërt përmes kryqëzimit p-n me një tension të kundërt pothuajse konstant. Ky lloj i prishjes elektrike quhet orteku Zakonisht zhvillohet në nyje pn relativisht të gjera që formohen në gjysmëpërçues pak të dopuar.

Në gjysmëpërçuesit shumë të dopuar, gjerësia e shtresës bllokuese është më e vogël, gjë që parandalon shfaqjen e prishjes së ortekëve, pasi transportuesit lëvizës nuk marrin energji të mjaftueshme për jonizimin e ndikimit. Në të njëjtën kohë, mund të ketë prishje elektrike Kryqëzimi p-n, kur, kur arrihet voltazhi kritik i fushës elektrike në kryqëzimin p-n, çiftet bartëse elektron-vrima shfaqen për shkak të energjisë së fushës dhe lind ndjeshëm një rrymë e kryqëzimit të kundërt.

Prishja elektrike karakterizohet nga kthyeshmëria, e cila konsiston në faktin se vetitë fillestare të kryqëzimit p-n janë restauruar plotësisht, nëse ulni tensionin në kryqëzimin p-n. Për shkak të kësaj prishjeje elektrike përdoret si një mënyrë funksionimi në diodat gjysmëpërçuese.

Nëse temperatura e kryqëzimit pn rritet si rezultat i ngrohjes së tij nga rryma e kundërt dhe heqja e pamjaftueshme e nxehtësisë, atëherë procesi i gjenerimit të çifteve të bartësve të ngarkesës intensifikohet. Kjo, nga ana tjetër, çon në një rritje të mëtejshme të rrymës (seksioni 5 i Fig. 1.2) dhe ngrohjen e kryqëzimit p-n, gjë që mund të shkaktojë shkatërrimin e kryqëzimit. Ky proces quhet zbërthimi termik. Ndarja termike shkatërron kryqëzimin pn.

Kryqëzimi p-n (pe-en) është një rajon i hapësirës në kryqëzimin e dy gjysmëpërçuesve të tipit p dhe n, në të cilin ndodh një kalim nga një lloj përçueshmërie në një tjetër, një tranzicion i tillë quhet gjithashtu një tranzicion elektron-vrimë.

Ekzistojnë dy lloje të gjysmëpërçuesve: llojet p dhe n. Në llojin n, bartësit kryesorë të ngarkesës janë elektronet , dhe në tipin p - kryesorët janë të ngarkuar pozitivisht vrima. Një vrimë pozitive shfaqet pasi një elektron hiqet nga një atom dhe në vend të tij formohet një vrimë pozitive.

Për të kuptuar se si funksionon një kryqëzim p-n, duhet të studioni përbërësit e tij, domethënë një gjysmëpërçues të tipit p dhe n.

Gjysmëpërçuesit e tipit P dhe n janë bërë në bazë të silikonit monokristalor, i cili ka një shkallë të lartë pastërtia, prandaj papastërtitë më të vogla (më pak se 0,001%) ndryshojnë ndjeshëm vetitë e tij elektrike.

Në një gjysmëpërçues të tipit n, transportuesit kryesorë të ngarkesës janë elektronet . Për t'i marrë ato përdorin papastërtitë e donatorëve, të cilat futen në silikon,- fosfor, antimoni, arsenik.

Në një gjysmëpërçues të tipit p, bartësit kryesorë të ngarkesës janë të ngarkuar pozitivisht vrima . Për t'i marrë ato përdorin papastërtitë pranuese — alumini, bor

Gjysmëpërçuesi n - lloji (përçueshmëria elektronike)

Një atom i papastërtisë së fosforit zakonisht zëvendëson atomin kryesor në vendet e rrjetës kristalore. Për më tepër, katër elektron valent Atomet e fosforit lidhen me katër elektronet valente të katër atomeve fqinje të silikonit, duke formuar një shtresë të qëndrueshme prej tetë elektronesh. Elektroni i pestë i valencës së atomit të fosforit rezulton të jetë i lidhur dobët me atomin e tij dhe nën ndikim forcat e jashtme(dridhjet termike të grilës, fusha elektrike e jashtme) bëhet lehtësisht e lirë, duke krijuar përqendrim i rritur elektronet e lira . Kristali fiton përçueshmëri elektronike ose të tipit n . Në këtë rast, atomi i fosforit, i lirë nga një elektron, është i lidhur ngushtë me rrjetë kristali silikoni ka një ngarkesë pozitive, dhe elektroni është një ngarkesë negative e lëvizshme. Në mungesë të forcave të jashtme, ato kompensojnë njëra-tjetrën, pra në silikon n-llojpërcaktohet numri i elektroneve të përcjelljes së lirë numri i atomeve të futura të papastërtisë së dhuruesit.

Gjysmëpërçuesi p - lloji (përçueshmëria e vrimës)

Një atom alumini, i cili ka vetëm tre elektrone valente, nuk mund të krijojë në mënyrë të pavarur një guaskë të qëndrueshme me tetë elektrone me atomet fqinje të silikonit, pasi për këtë i nevojitet një elektron tjetër, të cilin e merr nga një prej atomeve të silikonit që ndodhet afër. Një atom silikoni pa elektron ka një ngarkesë pozitive dhe, duke qenë se mund të rrëmbejë një elektron nga një atom silikoni fqinj, mund të konsiderohet një ngarkesë pozitive e lëvizshme që nuk lidhet me rrjetën kristalore, e quajtur vrimë. Një atom alumini që ka kapur një elektron bëhet një qendër e ngarkuar negativisht, e lidhur fort me rrjetën kristalore. Përçueshmëria elektrike e një gjysmëpërçuesi të tillë është për shkak të lëvizjes së vrimave, prandaj quhet gjysmëpërçues i vrimave të tipit p. Përqendrimi i vrimës korrespondon me numrin e atomeve të papastërtisë së pranuesit të futur.

Një kryqëzim pn është një rajon i hollë që formohet në pikën ku dy gjysmëpërçues të llojeve të ndryshme të përcjellshmërisë vijnë në kontakt. Secili prej këtyre gjysmëpërçuesve është elektrikisht neutral. Kushti kryesor është që në një gjysmëpërçues bartësit kryesorë të ngarkesës të jenë elektronet dhe në tjetrin ato të jenë vrima.

Kur gjysmëpërçues të tillë vijnë në kontakt, si rezultat i difuzionit të ngarkesës, një vrimë nga rajoni p hyn në rajonin n. Ai menjëherë rikombinohet me një nga elektronet në këtë rajon. Si rezultat, një ngarkesë pozitive e tepërt shfaqet në rajonin n. Dhe në rajonin p ka një ngarkesë negative të tepërt.

Në të njëjtën mënyrë, një nga elektronet nga rajoni n hyn në rajonin p, ku rikombinohet me vrimën më të afërt. Kjo gjithashtu rezulton në formimin e tarifave të tepërta. Pozitive në rajonin n dhe negative në rajonin p.

Si rezultat i difuzionit, rajoni kufitar mbushet me ngarkesa që krijojnë një fushë elektrike. Do të drejtohet në atë mënyrë që të zmbrapsë vrimat e vendosura në rajonin p nga ndërfaqja. Dhe elektronet nga rajoni n gjithashtu do të zmbrapsen nga ky kufi.

Me fjalë të tjera, një pengesë energjie formohet në ndërfaqen midis dy gjysmëpërçuesve. Për ta kapërcyer atë, një elektron nga rajoni n duhet të ketë një energji më të madhe se energjia e barrierës. Ashtu si vrima nga rajoni p.

Së bashku me lëvizjen e transportuesve të ngarkesës së shumicës në një tranzicion të tillë, ekziston edhe lëvizja e transportuesve të ngarkesës minoritare. Këto janë vrima nga rajoni n dhe elektrone nga rajoni p. Ata gjithashtu lëvizin në zonën e kundërt përmes tranzicionit. Megjithëse fusha që rezulton kontribuon në këtë, rryma që rezulton është e papërfillshme. Meqenëse numri i transportuesve të tarifave të pakicës është shumë i vogël.

Nëse lidhni një diferencë të jashtme potenciale në kryqëzimin pn drejtimi përpara, domethënë, sillni një potencial të lartë në zonën p dhe potencial të ulët në zonën n. Kjo fushë e jashtme do të çojë në një ulje të asaj të brendshme. Kështu, energjia e pengesës do të ulet dhe shumica e transportuesve të ngarkesës mund të lëvizin lehtësisht nëpër gjysmëpërçuesit. Me fjalë të tjera, të dy vrimat nga rajoni p dhe elektronet nga rajoni n do të lëvizin drejt ndërfaqes. Procesi i rikombinimit do të intensifikohet dhe rryma e transportuesve kryesorë të ngarkesës do të rritet.

Figura 1 - kryqëzim pn, i njëanshëm përpara

Nëse diferenca potenciale zbatohet në drejtim i kundërt, domethënë, potenciali për zonën p është i ulët dhe për zonën n është i lartë. Kjo fushë elektrike e jashtme do të shtohet me atë të brendshme. Prandaj, energjia e pengesës do të rritet, duke parandaluar që shumica e transportuesve të ngarkesës të lëvizin përmes tranzicionit. Me fjalë të tjera, elektronet nga rajoni n dhe vrimat nga rajoni p do të lëvizin nga kalimi në palët e jashtme gjysmëpërçuesit. Dhe në zonën e kryqëzimit pn thjesht nuk do të ketë transportues kryesorë të ngarkesës që ofrojnë rrymën.

Figura 2 - kryqëzim pn, i njëanshëm i kundërt

Nëse ndryshimi i potencialit të kundërt është tepër i lartë, forca e fushës në rajonin e kryqëzimit do të rritet derisa të ndodhë prishja elektrike. Kjo do të thotë, një elektron i përshpejtuar nga një fushë nuk do të shkatërrojë një lidhje kovalente dhe nuk do të rrëzojë një elektron tjetër, e kështu me radhë.

Parimi i funksionimit pajisje gjysmëpërçuese shpjegohet me vetitë e të ashtuquajturit kryqëzim elektron-vrimë (kryqëzim p-n) - ndërfaqja midis rajoneve të një gjysmëpërçuesi me mekanizma të ndryshëm përçueshmërie.

Tranzicioni elektron-vrimë - ky është rajoni i gjysmëpërçuesit në të cilin ka një ndryshim hapësinor në llojin e përçueshmërisë (nga elektronike n-zona për të vrimë p-rajonet). Meqenëse përqendrimi i vrimave në rajonin p të tranzicionit elektron-vrima është shumë më i lartë se në rajonin n, vrimat nga rajoni n priren të shpërndahen në rajonin elektronik. Elektronet shpërndahen në rajonin p.

Për të krijuar përçueshmëri të tipit n ose p në gjysmëpërçuesin origjinal (zakonisht germanium ose silikon 4 valent), atij i shtohen përkatësisht atome të papastërtive 5 valente ose 3 valente (fosfor, arsenik ose alumin, indium, etj. )

Atomet e papastërtisë 5-valente (dhuruesit) dhurojnë lehtësisht një elektron në brezin e përcjelljes, duke krijuar një tepricë elektronesh në gjysmëpërçues që nuk janë të përfshirë në formimin e lidhjeve kovalente; përcjellësi fiton përçueshmëri të tipit n. Futja e një papastërtie 3-valente (pranuese) çon në faktin se këta të fundit, duke marrë një elektron nga atomet gjysmëpërçues për të krijuar ato që mungojnë. lidhje kovalente, i jep përçueshmëri të tipit p, pasi vrimat e formuara në këtë rast (të zbrazëta nivelet e energjisë në brezin e valencës) sillen elektrikisht ose fusha magnetike si bartës ngarkesa pozitive. Vrimat në një gjysmëpërçues të tipit p dhe elektronet në një gjysmëpërçues të tipit n quhen bartës të shumtë në ndryshim nga bartësit pakicë (elektronet në një gjysmëpërçues të tipit p dhe vrimat në një gjysmëpërçues të tipit n), të cilat krijohen për shkak të dridhjeve termike të atomet në rrjetën kristalore.

Nëse gjysmëpërçuesit me tipe te ndryshme përçueshmëria vihet në kontakt (kontakti krijohet teknologjikisht, por jo mekanikisht), atëherë elektronet në gjysmëpërçues të tipit n marrin mundësinë për të zënë nivelet e lira në brezin e valencës së një gjysmëpërçuesi të tipit p. do të ndodhë rikombinimi i elektroneve me vrima pranë ndërfaqes së llojeve të ndryshme të gjysmëpërçuesve.

Ky proces është i ngjashëm me difuzionin e elektroneve të lira nga një gjysmëpërçues i tipit n në një gjysmëpërçues të tipit p dhe me difuzionin e vrimave në drejtim i kundërt. Si rezultat i largimit të transportuesve kryesorë të ngarkesës, në ndërfaqen e llojeve të ndryshme të gjysmëpërçuesve krijohet një shtresë e varfëruar nga transportuesit celularë, në të cilën jonet pozitive do të vendosen në rajonin n. donator atomet; dhe në rajonin p - jonet negative pranues atomet. Kjo shtresë, e varfëruar nga transportuesit e lëvizshëm dhe që shtrihet në fraksione të një mikroni, është tranzicioni elektron-vrimë.

Barriera e mundshme në kryqëzimin p-n.

Nëse aplikoni për një gjysmëpërçues tensionit elektrik, pastaj në varësi të polaritetit të këtij tensioni, kryqëzimi p-n shfaq veti krejtësisht të ndryshme.

Vetitë p-n kryqëzim kur lidhet drejtpërdrejt.

Vetitë e një kryqëzimi p-n gjatë ndërrimit të kundërt.

Pra, me një shkallë të caktuar përafrimi, mund të supozojmë se elektricitet rrjedh nëpër kryqëzimin p-n nëse polariteti i tensionit të burimit të energjisë është i drejtë, dhe, përkundrazi, nuk ka rrymë kur polariteti është i kundërt.

Sidoqoftë, përveç varësisë së rrymës që rezulton nga energjia e jashtme, për shembull, një burim energjie ose fotone drite, i cili përdoret në një numër pajisjesh gjysmëpërçuese, ekziston një gjenerim termik. Në këtë rast, përqendrimi i transportuesve të ngarkesës së brendshme zvogëlohet ndjeshëm, dhe për këtë arsye I OBR Kështu, nëse kryqëzimi është i ekspozuar ndaj energjisë së jashtme, atëherë shfaqet një palë tarifa falas: elektron – vrimë. Çdo bartës ngarkues i lindur në rajonin e ngarkesës hapësinorefq–n tranzicioni, do të merret nga fusha elektrike E VN dhe nxirret: elektron – inn– zonë, vrimë – brenda fq- Rajon. Shfaqet një rrymë elektrike, e cila është proporcionale me gjerësinë e rajonit të ngarkesës hapësinore. Kjo për faktin se sa më shumë E VN , aq më i gjerë është rajoni ku ka një fushë elektrike në të cilën ndodh krijimi dhe ndarja e bartësve të ngarkesës. Siç u përmend më lart, shkalla e gjenerimit të bartësve të ngarkesës në një gjysmëpërçues varet nga përqendrimi dhe pozicioni i energjisë i papastërtive të thella që ekzistojnë në material.

Për të njëjtën arsye, temperatura maksimale e funksionimit të gjysmëpërçuesit është më e lartë. Për germanium është 80º C, silic: 150º C, arsenid galium: 250º C (D E= 1,4 eV). Në temperaturë më të lartë numri i bartësve të ngarkesës rritet, rezistenca e kristalit zvogëlohet dhe gjysmëpërçuesi shkatërrohet termikisht.

Karakteristika e rrymës-tensionit të kryqëzimit p-n.

Karakteristikat e volt-amperit (karakteristika volt-voltage) është një varësi grafike e rrjedhës përmes р-n kryqëzim rryma nga tensioni i jashtëm i aplikuar në të I=f(U) . Karakteristika e rrymës-tensionit р-n kryqëzim për lidhje të drejtpërdrejtë dhe të kundërt është dhënë më poshtë.

Ai përbëhet nga drejt(0-A) dhe e kundërta(0-B-C) degët; në boshti vertikal vlerat e shtyra rrymë e përparme dhe e kundërt , dhe në boshtin e abshisës janë vlerat tensioni përpara dhe mbrapa .

Tensioni nga një burim i jashtëm i aplikuar në kristal me r-p tranzicioni, fokusohet pothuajse tërësisht në tranzicionin e varfëruar nga transportuesi. Në varësi të polaritetit, janë të mundshme dy opsione ndërrimi Tensioni DC - të drejtpërdrejta dhe të kundërta.

Në e drejtpërdrejtë kur ndizet (Fig. djathtas - lart), fusha elektrike e jashtme drejtohet drejt asaj të brendshme dhe e dobëson pjesërisht ose plotësisht, zvogëlon lartësinë e pengesës së mundshme ( Rpr ). Në e kundërta kur ndizet (fig. djathtas - poshtë), fusha elektrike përkon në drejtim me fushën r-p tranzicioni dhe çon në një rritje të pengesës së mundshme ( Rrev ).

Karakteristika e tensionit aktual të kryqëzimit p-n përshkruhet nga funksioni analitik:

Ku

U - Tensioni i jashtëm i shenjës përkatëse të aplikuar në tranzicion;

Iо = It - anasjelltas (termike) aktuale p-p tranzicioni;

- potenciali i temperaturës, ku k - konstante Boltzmann, q- ngarkesë elementare(në T = 300K, 0,26 V).

Në tensionin përpara ( U>0 ) - termi eksponencial rritet me shpejtësi [ ], njësia në kllapa mund të neglizhohet dhe të merret parasysh. Me tension të kundërt ( U<0 ) termi eksponencial tenton në zero, dhe rryma përmes kryqëzimit është pothuajse e barabartë me rrymën e kundërt; Ip-n = -Io .

Volt-amper karakteristikë p-n-kryqëzimi tregon se edhe në tensione relativisht të vogla përpara, rezistenca e kryqëzimit bie dhe rryma e përparme rritet ndjeshëm.

Zbërthimi i kryqëzimit p–n.

Përparim quhet një ndryshim i mprehtë në mënyrën e funksionimit të një kryqëzimi nën tension të kundërt.

Një tipar karakteristik i këtij ndryshimi është një rënie e mprehtë rezistenca diferenciale e tranzicionit (Rdiff ). Seksioni përkatës i karakteristikës së tensionit aktual është paraqitur në figurën në të djathtë (dega e kundërt). Pas fillimit të prishjes, një rritje e lehtë e tensionit të kundërt shoqërohet me një rritje të mprehtë të rrymës së kundërt. Gjatë procesit të prishjes, rryma mund të rritet me një tension të kundërt konstant dhe madje në rënie (në vlerë absolute) (në rastin e fundit, rezistenca diferenciale Rdiff rezulton negative).

Ndodh prishja ortek, tunel, termal. Zakonisht quhen prishje të tunelit dhe ortekëve prishje elektrike.

Një kryqëzim P-N është pika në një pajisje gjysmëpërçuese ku një material i tipit N dhe një material i tipit P vijnë në kontakt me njëri-tjetrin. Materiali i tipit N zakonisht referohet si pjesa katodë e gjysmëpërçuesit, dhe materiali i tipit P është pjesa anodike.

Kur ndodh kontakti ndërmjet këtyre dy materialeve, elektronet nga materiali i tipit n derdhen në materialin e tipit p dhe lidhen me vrimat e pranishme në të. Një zonë e vogël në secilën anë të vijës së kontaktit fizik midis këtyre materialeve është pothuajse pa elektrone dhe vrima. Ky rajon në një pajisje gjysmëpërçuese quhet rajoni i varfërimit.

Ky rajon shterimi është një element kyç në funksionimin e çdo pajisjeje që ka një kryqëzim P-N. Gjerësia e këtij rajoni të varfërimit përcakton rezistencën ndaj rrjedhës së rrymës përmes kryqëzimit P-N, prandaj rezistenca e një pajisjeje që ka një kryqëzim të tillë P-N varet nga madhësia e këtij rajoni të varfërimit. Gjerësia e tij mund të ndryshojë kur ndonjë tension kalon nëpër këtë kryqëzim P-N. Në varësi të polaritetit të potencialit të aplikuar, një kryqëzim P-N mund të jetë i anuar përpara ose i kundërt. Gjerësia e rajonit të varfërimit, ose rezistenca, e një pajisjeje gjysmëpërçuese varet si nga polariteti ashtu edhe nga madhësia e tensionit të paragjykuar të aplikuar.

Kur kryqëzimi P-N është i drejtpërdrejtë (me anim përpara), atëherë një potencial pozitiv aplikohet në anodë dhe një potencial negativ aplikohet në katodë. Rezultati i këtij procesi është një ngushtim i rajonit të varfërimit, i cili redukton rezistencën ndaj rrjedhës së rrymës përmes kryqëzimit P-N.

Nëse rritet potenciali, rajoni i varfërimit do të vazhdojë të ulet, duke ulur më tej rezistencën ndaj rrjedhës së rrymës. Përfundimisht, nëse voltazhi i aplikuar është mjaft i lartë, rajoni i varfërimit do të ngushtohet në pikën e rezistencës minimale dhe rryma maksimale do të rrjedhë përmes kryqëzimit P-N, dhe bashkë me të nëpër të gjithë pajisjen. Kur një kryqëzim P-N është i prirur siç duhet përpara, ai siguron rezistencë minimale ndaj rrjedhës së rrymës përmes saj.

Kur kryqëzimi P-N është i kundërt (i njëanshëm i kundërt), një potencial negativ aplikohet në anodë dhe një potencial pozitiv aplikohet në katodë.

Kjo bën që rajoni i varfërimit të zgjerohet, gjë që shkakton një rritje të rezistencës ndaj rrjedhës së rrymës. Kur një kryqëzim P-N ka një anim të kundërt, ka rezistencë maksimale ndaj rrjedhës së rrymës dhe kryqëzimi vepron në thelb si një qark i hapur.

Në një vlerë të caktuar kritike të tensionit të paragjykimit të kundërt, rezistenca ndaj rrjedhës së rrymës që lind në rajonin e varfërimit tejkalohet dhe ndodh një rritje e shpejtë e rrymës. Vlera e tensionit të anshmërisë së kundërt në të cilën rryma rritet me shpejtësi quhet tension i prishjes.