Wenn wir uns die Diode mit PN- Übergang ansehen , gibt es immer einen Verarmungsbereich, für den eine Seite negativ und eine Seite positiv ist. Der Grund dafür ist, dass der Verarmungsbereich der N- Seite positiv geladen ist, weil seine freien Elektronen mit der p-Seite rekombiniert haben.
Meine Frage ist, wenn freie Elektronen nicht an ein bestimmtes Atom gebunden sind, warum hinterlassen sie dann ein Loch, wenn sie zur P- Seite gehen? Werden keine Löcher gebildet, wenn die kovalenten Bindungen ein Elektron aufnehmen können, um eine kovalente Bindung mit zwei Elektronen einzugehen? Da diese Elektronen bereits frei waren, sollten sie kein Loch hinterlassen.
Ich glaube nicht, dass Ihre Prämisse richtig ist. Wenn sich ein Material vom p-Typ (überschüssige Löcher) mit einem Material vom n-Typ (überschüssige Elektronen) verbindet, wandern einige dieser überschüssigen Löcher und Elektronen durch Diffusion zur anderen Seite und rekombinieren mit Elektronen bzw. Löchern auf der gegenüberliegenden Seite. Diese Elektronen und Löcher, die auf die andere Seite diffundieren, werden dann durch Rekombination entfernt, wodurch sie erschöpft werden. Aber das Material vom p-Typ hat zunächst einige Elektronen (es hat überschüssige Löcher), und das Material vom N-Typ hatte einige Löcher (es hat überschüssige Elektronen), so dass sich Elektronen auf der P-Seite lösen (wenn Löcher diffundieren). N-Seite) und Löcher lösen sich auf der N-Seite (wenn Elektronen zur p-Seite diffundieren) und sie richten sich an der Verbindungsgrenze aus, wo die geladenen Ladungsträger verarmt waren. Dieser Prozess erreicht ein Gleichgewicht, wenn keine Ladungsträger mehr über die Verbindungsstelle wandern.
Wenn der Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist, werden die Löcher im p-Typ-Material von der "negativen Polarität" der Spannung über dem Übergang angezogen, wodurch mehr Elektronen am Übergang zurückbleiben. In ähnlicher Weise zieht die positive Polarität auf der n-Seite die Elektronen auf dieser Seite an und hinterlässt die Löcher an der Verbindungsstelle. Dies erhöht das entgegengesetzte elektrische Feld an der Verbindungsstelle, was dem Austausch von Ladungsträgern zwischen den p- und n-Materialien weiter entgegenwirkt, wodurch dieser Verarmungsbereich weiter erweitert wird. Die Löcher und Elektronen sind bereits in den Materialien in unterschiedlichen Dichten vorhanden (p-Typ besteht hauptsächlich aus Löchern, hat aber auch Elektronen, n-Typ besteht hauptsächlich aus Elektronen, hat aber auch Löcher.
Löcher haben sicherlich eine positive Ladung, aber Sie liegen falsch, wenn Sie Löchern eine positive Ladung zuschreiben. Ein Loch im Sinne der Halbleiterphysik ist eine Leerstelle im Valenzband. Die n- Seite der Verarmungszone hat keine Löcher, hat aber trotzdem eine positive Raumladung, weil es ein Halbleiter vom n -Typ ist. Denken Sie daran, dass ein neutraler Halbleiter vom n -Typ eine gewisse Elektronendichte im Leitungsband hat. Was passiert, wenn sie abreisen?
Wenn Sie stattdessen eine freie Stelle unterhalb des Fermi-Niveaus als „Loch“ ansehen, dann ist es etwas anderes als Ladungsträger.
Obwohl Elektronen Majoritätsladungsträger in n-Typ-Material sind, ist es immer noch elektrisch neutral, da idealerweise die Anzahl der positiv geladenen Protonen in den Kernen immer noch gleich der Anzahl der freien und umlaufenden negativ geladenen Elektronen in der Struktur ist. Gleiches gilt für den p-Typ.
Bevor der pn-Übergang gebildet wird, gibt es so viele Elektronen wie Protonen im Material vom n-Typ, wodurch das Material in Bezug auf die Nettoladung neutral wird. Dasselbe gilt für das Material vom p-Typ. Wenn der pn-Übergang gebildet wird, verliert der n-Bereich freie Elektronen, wenn sie über den Übergang diffundieren, wodurch er positiver wird als der p-Typ. Dies macht den n-Typ positiv und den p-Typ negativ.
Hoffe das beantwortet deine Frage.
Referenz: Floyd – Elektronische Geräte
Meine Frage ist, wenn freie Elektronen nicht an ein bestimmtes Atom gebunden sind, warum hinterlassen sie dann ein Loch, wenn sie zur P-Seite gehen?
Sie nicht.
Ein reiner (undotierter) Halbleiter hat gleich viele bewegliche Ladungsträger (Elektronen und Löcher). Eine sehr nützliche Eigenschaft von Halbleitern besteht darin, dass Sie die Elektronen- und Lochkonzentrationen steuern können, indem Sie den Halbleiter "dotieren". Sie tun dies, indem Sie eine kleine Menge Atome einführen, die dem Halbleiter entweder ein Elektron hinzufügen (Donor-Dotierstoffe) oder entfernen (Akzeptor-Dotierstoffe). Dabei ändert sich die Anzahl der beweglichen Ladungsträger jeder Art nach dem Massenwirkungsgesetz:
Wo Und sind die Elektronen- und Lochkonzentrationen und ist die intrinsische Ladungsträgerkonzentration, die die Anzahl der Elektronen und Löcher im undotierten Halbleiter ist. Durch Hinzufügen von Donatoratomen zum Halbleiter können Sie die Elektronenkonzentration um einen Betrag erhöhen, der der Donatorkonzentration entspricht. Dadurch wird auch die Lochkonzentration in diesem Bereich verringert. Die Gesamtladung des Halbleiters bleibt jedoch Null. Die gesamte Nettoladung der beweglichen Ladungsträger wird durch feste Ladung aufgehoben: ionisierte Dotierstoffe.
Um die Frage direkt anzusprechen:
Wie kommt es, dass sie ein Loch hinterlassen, wenn sie auf die P-Seite gehen?
Sie tun es nicht, sie hinterlassen einen positiv geladenen ionisierten Spender.
Werden keine Löcher gebildet, wenn die kovalenten Bindungen ein Elektron aufnehmen können, um eine kovalente Bindung mit zwei Elektronen einzugehen?
Nein. Löcher entstehen, wenn ein Akzeptor ionisiert und ein Loch erzeugt. Löcher existieren aufgrund einer Reihe von Quantenmechaniken, die ich nicht aus dem Stegreif aufschreiben kann. Aber es ist am besten, sich Löcher wie Elektronen vorzustellen, aber mit einer positiven Ladung. Die Leute könnten versuchen, Ihnen zu sagen, dass Sie sich ein Loch nur als das Fehlen eines Elektrons vorstellen sollen, aber fallen Sie nicht darauf herein. Löcher sind weit mehr als nur das Fehlen eines Elektrons, und es wird Sie verwirren, sie als solche zu betrachten.
Da diese Elektronen bereits frei waren, sollten sie kein Loch hinterlassen.
Die Elektronen waren frei, und genau deshalb hinterlassen sie einen ionisierten Donator. Der ionisierte Donor ist der Grund, warum das freie Elektron überhaupt da war.
Nedd