Depletionlaag

Depletionlaag, ook wel depletionlaag of ruimte-ladingsgebied genoemd, is de regio nabij de junctie tussen een p-type en een n-type halfgeleider waarin de mobiele ladingdragers grotendeels zijn verdwenen. Dit gebied bevat achtergebleven ionen van de dopingssoorten: positieve donorionen aan de n-kant en negatieve acceptorionen aan de p-kant, waardoor een elektrisch veld ontstaat dat verdere diffusie van elektronen en gaten tegenhoudt.

Ontstaan en werking

Bij contact diffunderen elektronen van de n-kant naar de p-kant en gaten van de p-kant naar de n-kant, waardoor de zones rondom de junctie ongevoelig worden voor vrije draagbare ladingsdragers. De achtergebleven ionen vormen een ruimtebelasting die een elektrisch veld opzet. Dit veld zorgt voor drift tegen verdere diffusie en brengt de elektrische potentiaal in balans; er ontstaat een evenwicht waarin er geen netto elektrische stroom meer door de junctie loopt.

Breedte en afhankelijkheden

De breedte van de depletionlaag hangt af van de dopingsconcentraties N_A en N_D en van de werking van de junctie. In het algemeen kan de breedte worden beschreven met een formule die de permittiviteit ε_s, de elementaire lading q, het built-in potentiaal V_bi en de externe spanning V betrekt: W ≈ sqrt((2 ε_s / q) (V_bi - V) (1/N_A + 1/N_D)). De depletionlaag wordt groter bij reverse bias en kleiner bij forward bias; bij hoge dopingsconcentraties is de laag dunner, bij lage dopingsconcentraties dikker.

Toepassingen en implicaties

De depletionlaag speelt een cruciale rol in diodes, elektronische schakelingen, zonnecellen en sensors. Ze fungeert als een seriecapaciteit en bepaalt de snelheid en het bereik van de elektrische respons van de junctie. Bij defecten of extreme temperaturen kan de volbrenging van de depletionlaag veranderen, met betrekking tot leakage en breakdown.