10.6 : יסודות המוליך למחצה

צומת p-n נוצר כאשר חומרים מוליכים למחצה מסוג p וסוג n מחוברים יחדיו. בממשק של צומת p-n, חורים מצד ה-p ואלקטרונים מצד n מתחילים להתפזר לצדדים הנגדיים עקב שיפוע הריכוז. דיפוזיה זו של נשאים מובילה לאזור סביב הצומת שבו אין נושאי מטען חופשיים, המכונה אזור הדלדול. ניתן לתאר את צפיפות המטען בתוך אזור הדלדול עבור צד n ו-p על ידי המשוואות:

כאשר q הוא המטען היסודי, N_D ו-N_A הם ריכוזי האילוח התורם והמקבל, בהתאמה.

המטענים הקבועים באזור הדלדול יוצרים שדה חשמלי (E), המצביע מהצד ה-n אל הצד ה-p, ומתנגד לדיפוזיה נוספת של נשאים. שדה חשמלי זה גורם להפרש פוטנציאל על פני הצומת, המכונה המתח המובנה (V_0), אשר ניתן לחשב על ידי:

כאשר, V_T הוא המתח התרמי, ו-n_i הוא ריכוז המוביל הפנימי.

ישנם שני סוגים של זרמים הקיימים בצומת p-n: זרם דיפוזיה עקב דיפוזיה נושאת וזרם סחף עקב השדה החשמלי. בשיווי משקל, גודל זרם הדיפוזיה שווה לגודל זרם הסחף, מה שמוביל לאי זרימת זרם נטו על פני הצומת. בתנאי מעגל פתוח, אין זרם חיצוני, והמתח המובנה של שכבת הדלדול מאזן את פוטנציאל המגע בצמתי מתכת-מוליכים למחצה, וכתוצאה מכך מתח נטו אפס על פני המסופים.

מתח המחסום המובנה ורוחב אזור הדלדול ממלאים תפקידים קריטיים בהתנהגות הצומת. רוחב אזור הדלדול קובע את הקיבול של הצומת ומשפיע על האופן שבו הצומת יגיב למתחים חיצוניים.