Giunzione P-N

[jaelec]

Trascurando i portatori minoritari, nella giunzione PN ho capito che, per esempio, ragionando solo dal lato N, gli elettroni liberi diffondono nella zona P e lasciano scoperte delle cariche positive (ioni). Nei modelli grafici che ho visto è rappresentata questa regione di svuotamento ma nello stesso tempo gli elettroni liberi nella restante parte N sono lasciati esattamente dove erano prima di effettuare (idealmente) la giunzione. Ora io mi chiedo: ma questi elettroni liberi come mai non si muovono, almeno fino a un certo punto, visto che dovrebbero essere attratti dagli ioni positivi che si trovano nei pressi della giunzione? Forse collegata a quello che non capisco può essere anche questa domanda: la tensione di built di cui si parla si trova tutta sulla regione di svuotamento della giunzione?

[dadduni]

La distribuzione di cariche a gradino e' una approssimazione che si fa per studiare il modello.

L'idea e' che guardando la zona N hai un eccesso di elettroni in banda di valenza (ma il materiale di per se' e' ancora assolutamente caricamente neutro).
Gli elettroni iniziano a diffondere nella zona P (che ha un eccesso di lacune in valenza), gli elettroni iniziano a ricombinarsi con le lacune e questo rende la zona P piu' carica negativamente all'interfaccia.

E' questa negativita' si oppone al trasferimento delle cariche negative.

Al contempo le lacune della zona P diffondono nella zona N (che prima della guinzione era neutra) e si ricombinano con gli elettroni all'interfaccia rendendo la zona N carica positivamente. Questa carica positiva nella zona N si oppone al moto delle lacune "respingendole" (cariche di segno uguale).

Qui hai due agenti in gioco:
- la diffusione che prova a spingere le cariche N nella zona P
- il campo elettrico nella zona P che non e' piu' neutro a causa degli elettroni stessi
questi due effetti sono contrastanti e ad un certo punto raggiungono un equilibrio che ferma tutto il processo.

A fine processo ti trovi con una regione positiva nella zona N e una regione negativa in zona P che mantengono costante un campo elettrico (e quindi una differenza di potenziale ai capi che e' la tensione di built-in).
Se applichi una tensione dall'esterno polarizzando il diodo, quello che fai e' modificare l'equilibrio andando o ad aumentare la regione di svuotamento (e quindi a maggior ragione non c'e' corrente, circa...) oppure andando a ridurre la regione di svuotamento e in quel caso riparte la diffusione (conduzione diretta).

Ci sarebbero altre cosette da dire ma credo che una spiegazione semplicata dovrebbe almeno chiarire il concetto di base. Per cose piu' avanzate bisogna chiedere a chi ne sa di piu' di fisica dei semiconduttori, io sono fermo ad una comprensione molto molto basilare

[jaelec]

Sì, la logica a questo livello di astrazione mi sembrava di averla capita. Quello che non avevo capito e non capisco, sempre restando a questo livello di schematizzazione, è il perché ciò crea una regione di svuotamento e non una generale diminuzione di cariche negative nella zona N, caricandola positivamente (discorso analogo per P). Se un livello di schematizzazione mi vuole giustificare che si crea una regione di svuotamento allora mi deve convincere di ciò, sempre allo stesso livello di astrazione o modellamento, non so come chiamarlo. Altrimenti imparo una cosa che per me non ha senso logico e che quindi tendo a non ricordare. Oppure, al limite, mi deve segnalare che accade una cosa strana non spiegabile a quel livello di astrazione.

Ma a parte il modello, di fatto, per esempio all'interno della zona N, quando la giunzione PN non è collegata a niente, come varia il potenziale partendo dalla giunzione e andando da sinistra a destra?

[dadduni]

wikipedia
Figura 2 terza immagine e' la tensione all'interno.

Se consideri le regioni di svuotamento come rettangolari a gradino allora il resto e' automatico, il potenziale non puo' che essere un "triangolo" e la tensione di conseguenza

[jaelec]

wikipedia
Figura 2 terza immagine e' la tensione all'interno.

Se consideri le regioni di svuotamento come rettangolari a gradino allora il resto e' automatico, il potenziale non puo' che essere un "triangolo" e la tensione di conseguenza

Sì ma la mia domanda è: visto che nella zona N gli elettroni sono liberi di muoversi, perché quando se ne va un elettrone nella zona P, gli elettroni rimanenti non si spostano nel complesso tutti un po' più a sinistra, sia pure tenuti al guinzaglio elastico dai chiodi positivi? Cioè visto che ci sono chiodi positivi in eccesso più a sinistra perché queste cariche negative libere non sentono l'esigenza di andare a ridistribuirsi verso queste cariche? Cioè perché la carica positiva scoperta, invece di distribuirsi in qualche modo in tutta la zona N, si distribuisce a gradino?

[dadduni]

immagina una giunzione N a sinistra e P a destra.
Quando un elettrone lascia la zona N per andare in P c'e' comunque il suo campo elettrico che si oppone al moto degli elettroni da sinistra a destra.

Nella zona P ti ritrovi con gli elettroni che sono migrati che si oppongono a far avvicinare altri elettroni.

Non conosco i dettagli specifici dei micro movimenti degli elettroni e della reale distribuzione. Ma credo che questa sia l'idea che giustifica il gradino