Giunzione P-n... un po' di dubbi

[marcot1004]

Quanto hai scritto in [7] è corretto.
Per quanto riguarda gli altri dubbi secondo me non è una buona idea che io ti dia tutte le risposte.
Se vuoi iniziare a discutere di un punto in particolare, sono a tua disposizione; sono sicuro che avrai man mano tutto più chiaro.

allora diciamo che per quanto riguarda la giunzione P-n mi è ora tutto un po' più chiaro. Da quanto ho capito, quando la giunzione è all'equilibrio non abbiamo corrente, infatti inizialmente le lacune si diffondo da sx a dx e gli elettroni da dx a sx ma in prossimità della giunzione si ricombinano creando una zona non neutra (zona di svuotamento), si ha quindi un campo elettrico in tale zona che genera una ddp tra la zona n e la zona p che chiamiamo . Il campo elettrico che si genera si oppone alla diffusione delle lacune da sx a dx e degli elettroni da dx a sx, che si interrompe Equilibrio

Se sottoponiamo la giunzione P-n ad un potenziale, andremo a modificare la concentrazione dei portatori minoritari al bordo della zona di svuotamento (lacune p sul bordo nella zona n, elettroni n sul bordo della zona p). Se polarizziamo la giunzione direttamente allora la concentrazione dei portatori minoritari sul bordo della zona di svuotamento cresce, viceversa se decresce. Applicando una polarizzazione diretta e quindi aumentando la concentrazione dei portatori minoritari sul bordo della zona di svuotamento, si avrà che:
1) le lacune p diffondono nella zona drogata n (dal bordo della zona di svuotamento agli estremi della giunzione)
2) gli elettroni n diffondono nella zona drogata p (dal bordo della zona di svuotamento agli estremi della giunzione)
Tuttavia diffondendo si ricombineranno, ma la zona di svuotamento non si allargherà e quindi la ddp non aumenterà andando di nuovo ad interrompere la diffusione perché ogni elettrone n/lacuna p che si ricombina verrà immediatamente prelevato dal catodo/anodo ----> La diffusione non si interrompe, circolerà corrente elettrica

E' tutto quanto giusto?


Invece ho un po di dubbi sul breakdown. Ho capito che accade quando polarizziamo la giunzione (o diodo) inversamente e superiamo una certa soglia... ma cosa succede? come mai si verifica??

[Ianero]

Sono di due tipi: Zener e Valanga.
Il primo dovuto al piegamento delle bande di energia, il secondo ai campi alti che portano un elettrone ad avere energia cinetica tale da eccitarne un altro e portarlo in conduzione.

NB: questa è una immagine pittorica utile per spiegare classicamente il fenomeno. Gli elettroni non saltano qua e là come fossero palline.

[Gidl]

...Tuttavia diffondendo si ricombineranno, ma la zona di svuotamento non si allargherà e quindi la ddp non aumenterà andando di nuovo ad interrompere la diffusione perché ogni elettrone n/lacuna p che si ricombina verrà immediatamente prelevato dal catodo/anodo ----> La diffusione non si interrompe, circolerà corrente elettrica

Non ho capito cosa volevi dire in questo passaggio...

[marcot1004]

...Tuttavia diffondendo si ricombineranno, ma la zona di svuotamento non si allargherà e quindi la ddp non aumenterà andando di nuovo ad interrompere la diffusione perché ogni elettrone n/lacuna p che si ricombina verrà immediatamente prelevato dal catodo/anodo ----> La diffusione non si interrompe, circolerà corrente elettrica

Non ho capito cosa volevi dire in questo passaggio...

volevo dire che applicando una polarizzazione diretta i portatori minoritari diffondono. Tuttavia ricombinandosi dovrebbero lasciare ioni non neutralizzati, ciò non avviene perché dal catodo e dall'anodo vengono richiamati portatori maggioritari (che si erano ricombinati).

In altre parole quando non abbiamo polarizzazione la diffusione si interrompe perché diffondendo lacune ed elettroni si ricombinano dando luogo alla zona di svuotamento che genera un campo che si oppone alla diffusione. Applicando una polarizzazione diretta noi abbassiamo la barriera di potenziale rendendo di nuovo possibile la diffusione (tant'è che stringiamo la zona di svuotamento) ma se gli elettroni e le lacune che si ricombinano non venissero rimpiazzate, la barriera di potenziale crescerebbe di nuovo andando di nuovo a stoppare la diffusione. Ciò non avviene perché appunto dal catodo e dall'anodo vengono prelevati portatori maggioritari...

[marcot1004]

volevo inoltre chiedere un aiuto sulla trattazione a bande di energia (nel caso della giunzione n-p potrei infatti evitarla tuttavia poi mi sembra quasi necessario trattarla per il transistor BJT e MOSFET.
Per esempio prendiamo la giunzione n-p. Dopo la diffusione delle lacune e degli elettroni si crea una ddp tra la zona n e la zona p (all'equilibrio). Ora rappresentando la situazione tramite le bande di valenza e conduzione si ha la seguente situazione (dove vi sono rappresentati, prima il silicio n, poi quello p e infine la giunzione n-p)

Prima di tutto, perché rappresentando la giunzione si ha che le due bande di fermi sono allineate?? (infatti studiando da quanto ho capito nella zona drogata n la banda di fermi si trova vicino alla banda di conduzione mentre nella zona drogata p si trova vicino alla banda di valenza)

poi il dislivello cosa va a rappresentare? (perché all'inizio pensavo il potenziale ma se cosi fosse dovrebbe essere decrescente visto che la zona n si trova ad un potenziale maggiore della zona drogata p)

Rappresenta il dislivello di energia tra gli elettroni della zona n e quelli della zona p? (infatti nel caso della zona p avrei che gli elettroni che finiscono sul livello che si crea quando andiamo a drogare il materiale con atomi trivalenti possiedono poca energia in più rispetto a quelli in banda di valenza mentre invece nel caso del drogaggio n abbiamo che gli elettroni in eccesso dovuti all'aggiunta di un atomo pentavalente hanno poca energia in meno rispetto a quelli presenti in banda di conduzione)

[Ianero]

Due sistemi a contatto, all'equilibrio, raggiungono lo stesso livello di Fermi.
Inoltre, le bande rappresentano una energia e seguono andamento opposto rispetto al potenziale a causa della carica negativa dell'elettrone.

[marcot1004]

Quindi la ragione per cui ha quell'andamento è dovuta al fatto che l'elettrone ha carica negativa... ma rappresentando l'energia elettrostatica posseduta da quest'ultimo???

Mi potreste fare una specie di riassunto o indicarmi qualche punto dove viene spiegato bene e anche abbastanza semplicemente visto che sulle slide del professore è veramente spiegato male

[marcot1004]

ci ho ragionato un po sopra.... visto che la zona n ha un potenziale maggiore della zona p e visto che stiamo considerando elettroni che possiedono carica negativa, gli elettroni della banda di valenza della zona n avranno energia minore di quelli della zona p giusto? (U=qVBin.... VBin >0 e q<0 ----> Un<Up)
Stesso identico ragionamento per la banda di conduzione.... sempre che sia giusto

quindi in realtà il maggiore potenziale della zona n dovuto alla zona NON neutra diminuisce l'energia degli elettroni di quest'ultima (sempre rispetto a quelli della zona p)?

[Gidl]

Sì, è corretto

[marcot1004]

Sì, è corretto

Quindi quando andiamo a disegnare la giunzione a livello di bande d'energia... la banda di conduzione della parte n sarà al di sotto di quella della banda p e il dislivello è proprio pari a qVbin in modulo. Stessa cosa per la banda di valenza mentre i livelli di fermi sono invece i medesimi.

Mi sono però sorti altri dubbi nel frattempo

1) la probabilità di trovare elettroni nel livello di fermi è 1 o 0.5?

2) Applicando un potenziale alla giunzione, in particolare una polarizzazione diretta, in tal caso andiamo ad abbassere il livello della banda di conduzione e valenza degli elettroni nella zona p e quindi il dislivello tra le bande della zona n e p si riduce. I livelli di fermi in tal caso rimarranno comunque allineati?

3) l'energia necessaria agli elettroni per passare dalla zona n alla zona p viene fornita dalla differente concentrazione?