Dioda półprzewodnikowa

OK,- tyle miał do powiedzenia profesjonalny fizykalista na temat mojej teorii działania diody.

teraz proszę o równie klarowne wyjaśnienie działania DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWEJ

a takimi właśnie słowami wyzwał mnie na ubitą ziemię, licząc na to, że albo będę musiał zmienić swoje poglądy, albo przyznać się do porażki.

Nawet opublikował w jednym ze swoich ostatnich komentarzy u mnie (więcej już ten tchórz nie będzie się u mnie produkował) schemat ideowy takiej diody krzemowej, w której, jak on pisze:

materiał typu P – Si:B (krzem z domieszką boru)
materiał typu N – Si:As (krzem z domieszką arsenu)
obszar aktywny – Si (czysty krzem)

Zobaczmy jak diodę półprzewodnikową definiuje Wikipedia:

Dioda półprzewodnikowa– rodzaj diody wykonanej z materiałów półprzewodnikowych i zawierającej złącze prostujące. Zbudowana jest z dwóch warstw półprzewodnika, odmiennie domieszkowanych – typu n i typu p, tworzących razem złącze p-n. Jest elementem dwukońcówkowym, przy czym końcówka dołączona do obszaru n nazywa się katodą, a do obszaru p – anodą. Element ten charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem prądu – od anody do katody, w drugą stronę prąd nie płynie (zawór elektryczny).

Nie od rzeczy będzie również przypomieć sobie, jak definiuje się półprzewodniki:

Półprzewodniki− najczęściej substancje krystaliczne, których konduktywność (przewodnictwo właściwe) może być zmieniana w szerokim zakresie (np. 10^-8 do 10³ S/cm) poprzez domieszkowanie, ogrzewanie, oświetlenie bądź inne czynniki. Przewodnictwo typowego półprzewodnika plasuje się między przewodnictwem metali i dielektryków.

Półprzewodniki samoistnemają mało ładunków swobodnych (co objawia się dużą rezystywnością), dlatego też stosuje się domieszkowanie. Materiały uzyskane przez domieszkowanie nazywają się półprzewodnikami niesamoistnymi lub półprzewodnikami domieszkowanymi.

Domieszkowanie polega na wprowadzeniu i aktywowaniu atomów domieszek do struktury kryształu. Domieszki są to atomy pierwiastków, które nie wchodzą w skład półprzewodnika samoistnego. Na przykład domieszka krzemu (Si) w arsenku galu (GaAs). Ponieważ w wiązaniach kowalencyjnych bierze udział ustalona liczba elektronów, zamiana któregoś z atomów struktury na odpowiedni atom domieszki powoduje wystąpienie nadmiaru lub niedoboru elektronów.

Wprowadzenie domieszki dającej nadmiar elektronów (w stosunku do półprzewodnika samoistnego) powoduje powstanie półprzewodnika typu n, domieszka taka zaś nazywana jest domieszką donorową ("oddaje elektron"). W takim półprzewodniku powstaje dodatkowy poziom energetyczny (poziom donorowy) położony w obszarze pasma zabronionego niewiele poniżej poziomu przewodnictwa, lub w samym paśmie przewodnictwa.

W diodzie, zaproponowanej przez "rzech"-a do analizy, materiałem bazowym półprzewodnikowym jest krzem, a domieszkami są bor i arsen.

Ponieważ wiemy, że prądem elektrycznym jest uporządkowany ruch pakietów elektrino dookoła elektroujemnego przewodnika, więc w przypadku obwodu z dowolnymi maszynami i urządzeniami elektrycznymi tak właśnie odbywa się przepływ prądu – bez względu na to jakie są te maszyny i urządzenia.

Przeanalizujmy diodę półprzewodnikową. Składa się ona z trzech warstw:

1. warstwa aktywna – krzem – półprzewodnik. Oznacza to, że ma gorsze przewodnictwo niż przewodnik. Wynika to z mniejszej elektroujemności tego materiału.

2. Si + As – warstwa zawierający Arsen – jeszcze silniej elektrododatni materiał niż krzem

3. Si + B – warstwa zawierający Bor – materiał o największej elektroujemności w porównaniu z krzemem i arsenem.

Gdy do obwodu będziemy wstawiali coraz grubsze płytki krzemu, to prąd w końcu przestanie płynąć. Jeśli jednak zwiększymy napięcie prędu, to on przerwie się przez ten opór, który stwarza mu krzem i popłynie znowu.

Jeśli zwiększyć grubość materiału stawiającego opór prądowi, to on przestanie płynąć. W naszym przypadku tą rolę spełnia warstwa Si + As.

Jeśli do krzemu dodać materiału o lepszej elektroujemności, to przewodność krzemu poprawia się.

Rezultat jest do przewidzenia: jak prąd płynie od strony Si + B, to grubość materiału stanowiącego dla niego opór jest najmniejsza. Jeżeli prąd puścić od strony Si + As, to te dwie warstwy (Si + As i Si) stanowią dla niego skuteczny opór.