P-N Junctions: Behavior under Forward and Reverse Bias

Podcast

Play an AI-generated podcast conversation about this lesson

Questions and Answers

Что происходит с электрическим полем в p-n переходе при прямом смещении?

Электрическое поле не изменяется

Электрическое поле становится однородным

Электрическое поле усиливается

Электрическое поле ослабевает (correct)

Какие заряды преобладают в области обеднения p-n перехода?

Дырки

Отрицательные заряды (ионизированные донорные примеси)

Положительные заряды (ионизированные акцепторные примеси) (correct)

Электроны

Что происходит с концентрацией электронов и дырок в p-n переходе при приложении обратного смещения?

Концентрация электронов и дырок увеличивается

Концентрация электронов уменьшается, а дырок увеличивается

Концентрация электронов и дырок уменьшается (correct)

Концентрация электронов увеличивается, а дырок уменьшается

Что происходит с потенциальным барьером p-n перехода при приложении обратного смещения?

Потенциальный барьер увеличивается Signup and view all the answers

Какое напряжение необходимо приложить к p-n переходу, чтобы он находился в режиме обратного смещения?

Отрицательное напряжение к p-области, положительное к n-области Signup and view all the answers

Что происходит с толщиной области обеднения при прямом смещении p-n перехода?

Она исчезает полностью при достаточно высоком напряжении Signup and view all the answers

Что является основным механизмом тока при прямом смещении p-n перехода?

Диффузия основных носителей заряда и дрейф неосновных носителей заряда через переход Signup and view all the answers

Что происходит с областью обеднения при обратном смещении p-n перехода?

Она увеличивается Signup and view all the answers

Что такое инжекция неосновных носителей заряда при обратном смещении p-n перехода?

Процесс, при котором неосновные носители заряда перемещаются против электрического поля Signup and view all the answers

Какова роль прямого и обратного смещения p-n перехода в электронных устройствах, таких как диоды и транзисторы?

Они позволяют регулировать ток через переход и управлять работой устройств Signup and view all the answers

Study Notes

P-N Junctions

A pn junction is formed by combining two types of semiconductor material: (n)-type semiconductor doped with donor impurities and (p)-type semiconductor doped with acceptor impurities. When these regions meet, they form a boundary called a pn junction. This junction exhibits certain properties due to the diffusion of charge carriers across it, mainly the depletion region, electric field, and built-in potential.

In pure semiconductors, there are equal numbers of electrons and holes. However, when impurity atoms are introduced into the crystal lattice, they attract or repel electrons depending on their nature, which changes the carrier concentration. In the formation of a pn junction, the (p)-region has more holes than electrons, and the (n)-region has more electrons than holes. Thus, there is an excess of negative charges in the (n)-region and deficit of positive charges in the (p)-region.

The distribution of the excess negative and deficit positive charges gives rise to an electric field, known as the built-in field, directed from the (n)-region towards the (p)-region. This electric field helps maintain equilibrium between the (n) and (p) regions, preventing the flow of current through the junction under normal conditions.

Forward Bias

When a voltage is applied such that the (+) terminal is connected to the (p)-region, and the (-) terminal is connected to the (n)-region, the built-in field is reduced. This is known as forward bias.

When a forward bias is applied, the depletion region is reduced in thickness. As the voltage is increased, the depletion region eventually disappears, and a large current flows through the junction, passing through the (n)-type material. The current flow in forward bias can be described as the diffusion of majority charge carriers and the drift of minority charge carriers across the junction.

Reverse Bias

Applying a voltage such that the (+) terminal is connected to the (n)-region, and the (-) terminal is connected to the (p)-region, increases the built-in field. This condition is called reverse bias.

In reverse bias, the depletion region is increased, and the current flow across the junction is reduced or even blocked. The minority charge carriers are repelled by the increased electric field, causing a reverse flow of majority carriers. This flow of majority carriers in reverse bias is known as minority carrier injection.

In summary, the behavior of a (pn) junction under forward and reverse bias conditions plays a crucial role in various electronic devices like diodes and transistors. Understanding these principles allows us to design and control the operation of these semiconductor components effectively.

Studying That Suits You

Use AI to generate personalized quizzes and flashcards to suit your learning preferences.

Description

Learn about pn junctions, the formation of a pn junction, properties like depletion region and built-in potential, behavior under forward and reverse bias, and their role in electronic devices. Explore how applying forward and reverse biases affect current flow in a pn junction.