Springen naar inhoud

De junctiediode


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Snoopy100

    Snoopy100


  • >250 berichten
  • 422 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 26 maart 2012 - 18:45

Bij Fase 1 van de junctiediode voegen we N-type en P-type samen.
Bij Fase 2 is er diffusie aan het scheidingsoppervlak. In mijn cursus spreken ze van een overschot aan negatieve ladingen in P materiaal, P materiaal krijgt een negatieve lading. En een oveschot aan positieve ladingen in N materiaal, N materiaal krijgt een positieve ladingen.

Ik snap niet hoe je aan die overschotten raakt? Ik zou denken dat het gewoon neutraal wordt omdat de positieve holtes worden opgevuld door de negatieve elektronene..?

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44894 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 26 maart 2012 - 20:25

Aanvankelijk is het P materiaal neutraal, en ook het N-materiaal neutraal.

Mogelijk dat een stukje uit een in aanbouw zijnde microcursus over halfgeleiders verhelderend werkt?

Halfgeleider betekent precies wat het woord zegt: het geleidt maar half. Te slecht om een geleider te mogen heten, maar ook weer te goed om isolator te zijn.

Elektronen gaan onder invloed van een potentiaalverschil door geleidend materiaal heen stromen. Dat kan iedereen met een beetje gevoel voor elektra zich wel voorstellen.

Atoommodel
In een atoomkern zitten positief geladen protonen. In een simpel Bohr-model vliegen er elektronen in cirkelvormige banen rondom een atoomkern. Die zijn negatief geladen. Het atoom is gelukkig, het heeft evenveel protonen als elektronen, het is elektrisch neutraal.

Die elektronen vliegen niet zomaar rond, maar in schillen rondom die kern. In elke schil passen maar een bepaald aantal elektronen. Is de schil het dichtst bij de kern vol (en daar passen er maar twee in) dan zal een volgend elektron een plekje hogerop moeten zoeken, in de tweede schil. Die tweede schil heeft al plaats voor 8 elektronen, onderverdeeld in twee subschillen van respectievelijk 2 en 6 elektronen. Hoe groter het atoom, hoe meer protonen in de kern, hoe meer elektronen nodig zijn om als atoom neutraal te blijven, hoe verder weg van de kern er weer volgende schillen gevuld moeten gaan worden.

In elke schil respectievelijk subschil passen er een bepaald aantal elektronen.
Om redenen die te ver voeren hiervoor streven atomen er naar om buitenste (sub)schillen vól te hebben.
NB, dat heeft niets te maken met lading van atomen, die zijn en blijven neutraal, omdat er altijd evenveel protonen als elektronen zijn.

Zit er maar één elektron in zo'n buitenste subschil waar er bijvoorbeeld 6 in zouden kunnen passen, dan zou zo'n atoom er graag 5 te leen krijgen, óf, wat in zo'n geval makkelijker is, er één uitlenen. De onderliggende schil wordt dan de buitenste, en die is wél vol. Maar ja, dan zou dat ladingevenwicht verstoord worden.

Atomen spelen dat uitlenen en bijlenen klaar door bindingen aan te gaan met andere atomen. Twee waterstofatomen met elk een elektron teveel voor een volle buitenschil gaan die uitlenen aan een zuurstofatoom dat in zijn buitenste schil 4 elektronen heeft zitten, en die buitenste zuurstofschil heeft er zo twee te kort voor een volle schil. Ze reageren met elkaar en vormen H2O. Everybody happy. In het molecuul is er nog steeds elektrisch evenwicht (evenveel protonen als elektronen) de te lege respectievelijk te volle schillen zijn "gevuld" met gedeelde elektronen. Gedeelde smart is halve smart.

Maak je nou een kristal met alleen silicium, dan kunnen die netjes van elkaar de 4 elektronen lenen die ze nodig hebben om die buitenste schil vol te krijgen. Silicium is dan ook een behoorlijk goede isolator.

Maar het kristal kan vervuild zijn (en wij doen dat expres). In het eerste plaatje zie je meerdere atomen in dat rooster die niet zo happy zijn. Dat fosforatoom rechts in het plaatje (de P is van Phosphorus, niet van Positief) wil graag 5 elektronen uitlenen, maar vindt maar 4 buren in dat rooster om een elektron mee te delen. Er is een elektron teveel. Fosfor-verontreinigd silicium heeft dus elektronen beschikbaar die maar héél losjes gebonden zitten. Dat is dan een N(egatief) gedopete halfgeleider.

P-materiaal (links) bevat atomen die niet netjes in het rooster passen waardoor er een tekort is aan valentie-elektronen om rondom alle gewenste valentiebindingen in het rooster af te maken. Kijk maar naar dat siliciumatoom naast het boriumatoom, alle siliciumatomen hebben 4 bindingen met de buren, maar hij niet Er zit als het ware een gat waar eigenlijk een elektron zou moeten zitten om het kristalrooster weer perfect te maken. Vandaar de term gat. (hole)

(Het eerste plaatje geeft dus de plek weer waar het N en P materiaal tegen elkaar aan zitten, de grenslaag in een diode).


Een deel van de atomen in een P-rooster heeft dus als het ware een pootje minder dan ze nodig hebben om alle buuratomen vast te pakken (het rode boriumatoom in het plaatje). Zo'n buurman heeft zijn pootjes daardoor ook niet vol. Wil de buurman dat losse pootje vastpakken, dan zal hij een ander atoom moeten loslaten, en dan heeft dát atoom ineens een pootje over. Als zo'n binding omflipt van Si-Si naar Si-B, dan móet daar een elektron mee mee, want B heeft dat elektron niet. Dus dan zit er ineens een Si-atoom met een valentie-elektron tekort. (afbeelding 2). Dat gaat 'ie bij de buren zoeken om die valentiebinding te kunnen herstellen. Zoiets als dat iemand jouw balpen heeft gejat, en jij uit arren moede dan maar bij een ander een balpen gaat jatten. Een soort zwarte-pietenspel op atomaire schaal. Een gat in P-halfgeleidermateriaal is dus niks anders als een gewenste covalente binding waarvoor een elektron tekort is. Een covalente binding die voor de helft uit niks bestaat. Er is op dat plekje NIETS, en er zou liefst IETS moeten komen.



Het gat is dus niet een deeltje dat je kunt aanwijzen, het is net werkverschaffen, er is een kuil, en die vul je met grond die je een eindje verderop weggraaft, verrek, nou is daar weer een kuil, die ga je weer opvullen met grond weer ergens anders vandaan, verrek, etc. Letterlijk een geval van het spreekwoordelijke ene gat vullen met het andere. Zo kan dat positieve "gat" door het materiaal heenzwerven. Zet je er spanning op, dan zorg je er alleen maar voor dat dat zwerven een bepaalde richting krijgt. Zo schuiven eigenlijk alle elektronen één plaatsje een bepaalde kant op. Je zou dus ook kunnen zeggen: honderd elektronen schuiven één atoom op", ipv te zeggen "het gat schuift honderd atomen op". Dat is maar hoe je het bekijkt. Maar dat kan alleen maar als er éérst ergens een gat is om mee te beginnen.

Dus, silicium is een isolator, vervuild silicium een halfgeleider. Dankzij de gaten.



afbeeldingen met dank aan http://www.corrosion...lar/silicon.htm en bewerkt door mij
Geplaatste afbeelding

Geplaatste afbeelding

ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures