PNrajapinnan

PN-rajapinta on p-tyypin ja n-tyypin puolijohteen rajapinta, joka muodostuu, kun kaksi erilaista dopattua kidealuetta liitetään yhteen. Doppausten ero saa aikaan elektronien ja aukkojen diffuusion rajapinnan tuntumaan, jolloin syntyy depletion-alue ja sisäinen sähköinen kenttä. Tämä kenttä varastaa mobiilia varausta ja vaikuttaa virran kulkuun puolijohteessa.

Depletion-alueen rakenne ja ominaisuudet: Alueen lataus varmistaa sähkökentän, joka torjuu lisäelektronien ja aukkojen liikkumista rajapinnan yli. Leveys riippuu dopingin pitoisuuksista NA ja ND sekä lämpötilasta. Yleisesti ottaen suurempi doppaus gradiente tiivistää rajapinnan ja pienentää depletion-aluetta, kun taas pienemmät doping-arvot kasvattavat sitä. Paikallinen sähköinen kenttä koostuu negatiivisesti varautuneista n-tyypin alueen ionisoiduista dopanttivarausmagneettisista sekä positiivisesti varautuneista p-tyypin alueen varauksista.

Sähköinen käyttäytyminen ja bias-tilat: Puolijohde on normaalisti tasapainossa, jolloin nettovirta pn-rajapinnasta on käytännössä nolla, kiitos diffuusion ja driftin vastakkaisten virtojen tasapainon. Vallitseva potentiaali tunnetaan rakennemerintona (built-in potential). Etu- (forward) bias lyhentää rajapinnan jännitteellistä estettä ja lisää elektronien ja aukkojen injektiota, mikä aiheuttaa virran kasvua. Takavalan (reverse) bias taas suurentaa bar-jännitettä ja laajentaa depletion-aluetta, mikä pienentää virtaa.

Sovellukset: PN-rajapinta on keskeinen osa diodien, transistorien sekä fotonisten laitteiden kuten aurinkokennojen ja fotodiodien toimintaa. Sen ominaisuudet vaikuttavat kytkentöjen suorituskykyyn, leakage-virtoihin ja kytkentäreaktioihin.

Valmistus ja materiaalit: Yleisintä on piin (siliconin) doppaus diffuusion- tai ion-implantaatiomenetelmillä. Abruptit tai gradienttiset pn-rajapinnat voidaan suunnitella haluamien sähköisten ominaisuuksien mukaan. Rajapinnan laadulla on keskeinen rooli epäpuhtauksien hallinnassa ja lämpökäsittelyn vaikutuksissa.