PN-spoj

PN-spoj, PN-prijelaz (engl. PN junction; njem. PN-Schicht, PN-Übergang; rus. PN-переход), spoj poluvodiča P-tipa i N-tipa. U prijelaznom području koncentracija primjesa mijenja se od koncentracije donora N_D na N-strani na koncentraciju akceptora N_A na P-strani, prema normalnoj razdiobi ili prema komplementarnoj funkciji pogreške (proces difuzije). U stanju ravnoteže, bez priključenoga vanjskoga napona visina potencijalne barijere U_P = q · U_K jednaka je razlici Fermijevih razina N-strane i P-strane (to je veća što su koncentracije primjesa na N-strani i na P-strani veće). Kontaktni potencijal U_K pozitivan je ako se uzme N-strana kao usporedbena. Ukupna struja koja teče preko PN-spoja jednaka je nuli. Napon barijere može se povećati ili smanjiti vanjskim naponom U. Ako je na P-stranu spojen pozitivni pol vanjskoga napona, napon barijere je U_TOT = U_K − U; za U > 0 (propusna polarizacija) U_TOT < U_K, a za U < 0 (zaporna polarizacija) U_TOT > U_K. Strujno-naponsku karakteristiku PN-spoja opisuje Shockleyeva jednadžba:

\[I=I_S\left[\text{exp}\left(\frac{U}{U_T}\right)-1\right],\]

gdje je U_T → naponski ekvivalent temperature. Pri zapornoj polarizaciji PN-spoj ima tzv. kapacitet osiromašenoga područja. Promjenom napona mijenja se širina osiromašenogapodručja d_B, a time i količina ioniziranih atoma primjesa ΔQ:

\[C_{\rm J}=C_{\rm B}=\frac{\Delta Q}{\Delta U}=\varepsilon\frac{S}{d_{\rm B}}.\]

Taj se kapacitet primjenjuje u kapacitivnoj diodi (→ dioda, kapacitivna). Pri propusnoj polarizaciji PN-spoj ima tzv. difuzijski kapacitet (veći je od kapaciteta osiromašenoga područja) i posljedica je nakupljanja manjinskih nosilaca naboja u kvazineutralnim područjima spoja. → dioda, poluvodička