Cos'è giunzione pn?

La Giunzione PN: Fondamenti e Funzionamento

Una giunzione PN è un'interfaccia creata unendo un semiconduttore di tipo p con un semiconduttore di tipo n. Questa giunzione è la base di molti dispositivi elettronici a semiconduttore, come i <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/diodi">diodi</a>, i <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/transistor">transistor</a> e le celle solari. La comprensione del suo comportamento è cruciale per l'elettronica.

Formazione della Giunzione

All'inizio, quando i due tipi di semiconduttori vengono a contatto, si verifica una diffusione di portatori di carica. Gli <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/elettroni">elettroni</a> liberi dalla regione n tendono a diffondere nella regione p, dove si ricombinano con le <a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/lacune">lacune</a>. Allo stesso modo, le lacune dalla regione p diffondono nella regione n, ricombinandosi con gli elettroni.

La Regione di Svuotamento (o Deplezione)

Questa diffusione non dura all'infinito. La ricombinazione di elettroni e lacune vicino alla giunzione crea una regione dove sono presenti pochissimi portatori di carica liberi. Questa regione è chiamata regione di svuotamento o regione di deplezione. In questa regione, rimangono solo ioni fissi con carica negativa (accettori) nella regione p e ioni fissi con carica positiva (donatori) nella regione n.

Campo Elettrico e Potenziale di Barriera

Gli ioni fissi nella regione di svuotamento creano un campo elettrico che si oppone ulteriormente alla diffusione dei portatori di carica. Questo campo elettrico genera una differenza di potenziale chiamata potenziale di barriera. Il potenziale di barriera è una tensione che i portatori di carica devono superare per attraversare la giunzione. La sua entità dipende dal materiale semiconduttore (ad esempio, silicio o germanio) e dalla temperatura.

Polarizzazione Diretta

Quando si applica una polarizzazione diretta alla giunzione PN (cioè, si collega il terminale positivo della batteria al lato p e il terminale negativo al lato n), il potenziale di barriera si riduce. Se la tensione applicata supera il potenziale di barriera, una grande quantità di corrente inizia a fluire attraverso la giunzione. Questo perché la tensione applicata spinge gli elettroni dalla regione n e le lacune dalla regione p attraverso la giunzione, superando la repulsione del campo elettrico interno.

Polarizzazione Inversa

Quando si applica una polarizzazione inversa alla giunzione PN (cioè, si collega il terminale positivo della batteria al lato n e il terminale negativo al lato p), il potenziale di barriera aumenta. Questo allarga la regione di svuotamento e impedisce il flusso di corrente. Solo una piccolissima corrente di dispersione (dovuta ai portatori minoritari) scorre attraverso la giunzione. Se la tensione inversa applicata diventa troppo elevata, si può raggiungere una tensione di rottura (breakdown voltage), causando un flusso di corrente incontrollato e potenzialmente danneggiando il dispositivo.

Riassunto

La giunzione PN è un elemento fondamentale in molti dispositivi elettronici. La sua capacità di condurre corrente in una sola direzione quando polarizzata direttamente e di bloccare la corrente quando polarizzata inversamente la rende estremamente utile per la realizzazione di diodi, transistor e altri componenti elettronici. La comprensione dei meccanismi di diffusione, regione di svuotamento, potenziale di barriera e delle modalità di polarizzazione è essenziale per chiunque lavori con l'elettronica a semiconduttore.