Nastavni materijali 7. jul - 12. jul 2025., prof. Petar Lukić

[plukic]

Poštovane koleginice i kolege,

proučiti najpre difuzionu gustinu struje i ukupnu gustinu struje, iz udžbenika.

Zatim, za treću nastavnu nedelju (od 7. do 12. jula 2025.), potrebno je prostudirati drugi deo drugog poglavlja iz udžbenika, koji se odnosi na p-n spoj.

p-n spoj je osnovni, ključni deo elektronskih poluprovodničkih komponenti. Formira se, u procesu proizvodnje poluprovodničkih komponenti, na dodirnoj površini (ne mora biti ravna površina) poluprovodničke oblasti p tipa i poluprovodničke oblasti n tipa.

Kao što je već rečeno prilikom razmatranja dopiranih poluprovodnika, u poluprovodničkoj oblasti n tipa, slobodni elektroni su većinski nosioci naelektrisanja, dok su šupljine manjinski nosioci naelektrisanja. U poluprovodničkoj oblasti p tipa je obrnuto.

- Nepolarisani p-n spoj
Neposredno nakon formiranja p-n spoja, zbog razlike u koncentracijama nosilaca naelektrisanja, slobodni elektroni će prelaziti iz n poluprovodničke oblasti u p poluprovodničku oblast, pod dejstvom sila difuzije (sa mesta na kome je njihova koncentracija veća ka mestu na kome je njihova koncentracija manja). Kada slobodni elektron pređe iz n u p oblast , za sobom, u n oblasti, ostavlja pozitivan jon (elektron je napustio matični atom i taj atom ostaje jonizovan). Takođe, kada slobodni elektron stigne u p poluprovodničku oblast, popuniće šupljinu i time stvoriti negativan jon. Jonizovani atomi protive se daljem prelasku elektrona iz n u p oblast, odnosno daljem protoku slobodnih elektrona kroz p-n sppoj. Vremenom, sve veći broj slobodnih elektrona prolazi kroz p-n spoj, sve je veći broj formiranih jona u blizini p-n spoja, i oni se sve više protive daljem protoku slobodnih elektrona kroz spoj. U suštini, formirani joni u okolini p-n spoja stvaraju električno polje koje postepeno raste, a time raste i intenzitet električne sile koja deluje na slobodne elektrone i protivi se njihovom prelasku iz n u p oblast. Protok slobodnih elektrona će postojati sve dok su difuzione slile veće od električnih sila zaprečnog polja. Kada se ove sile izjednače, više nema prelaska slobodnih elektrona iz n u p oblast. U okolini je formirana tzv. oblast prostornog tovara. Šupljine se, kako je ranije rečeno, tretiraju ravnopravno sa slobodnim elektronima, tako da se, na isti način, može diskutovati o prelasku šupljina iz p u n oblast (što se, tehnički gledano, zapravo ne dešava). Znači, u slučaju nepolarisanog p-n spoja, struja kroz spoj postoji samo u relativno kratkom vremenskom periodu dok se ne izjednače difuzione i električne sile koje deluju na slobodne nosioce naelektrisanja, tj. dok se ne uspostavi ravnoteža.

- Polarisan p-n spoj
Polarizacija iz baterije, preko otpornika.
1. Direktno polarisan p-n spoj
Pri direktnoj polarizaciji p-n spoja, oblast prostornog tovara se sužava, stimuliše se kretanje glavnih nosilaca naelektrisanja kroz p-n spoj. Postoji struja (obično reda mA).
2. Inverzno polarisan p-n spoj
Pri inverznoj polarizaciji p-n spoja,oblast prostornog tovara se širi, destimuliše se kretanje glavnih nosilaca naelektrisanja kroz p-n spoj, stimuliše se kretanje sporednih nosilaca kroz p-n spoj (njihova koncentracija je zanemarljiva u odnosu na koncentraciju glavnih nosilaca). Struja je zanemarljiva, ali, precizno rečeno, postoji (npr. hiljadu puta manja od struje direktno polarisanog p-n spoja).

U prilogu su kratki izvodi sa blok šemama, vezani za p-n spoj.