لفهم أكثر لعمل وصلة pn وبالتالي ثنائي أشباه الموصلات لابد من دراسة مخطط حزم الطاقة للوصلة قبل وبعد الانتشار وهذا بدوره يمهد لفهم عمل نبائط أكثر تقدماً (مثل الترانزستور).

الشكل (1) يوضح مستويات الطاقة لوصلة فجائية (وهي تلك الوصلة التي تتغير فجأة من مادة p إلى مادة n) حيث تحتوي حزمة التكافؤ في جهة p على العديد من الفجوات بينما تحتوي الجهة n على العديد من الإلكترونات الحرة، يلاحظ ان حزم طاقة جهة p اعلى قليلاً من مستويات الطاقة لجهة n ، ويمكن تفسير ذلك للاختلاف في خصائص الشوائب المضافة لكل جهة، فالجهة p فيها ذرات ثلاثية التكافؤ لها شحنة قلب (core) مقدارها (3+) بينما الجهة n فيها ذرات خماسية التكافؤ ولها شحنة قلب مقدارها (5+) ان قلب شحنته (3+) يجذب الكتروناً ما اقل مما يجذبه قلب آخر شحنته (5) ولهذا السبب فان المدارات في الذرة ثلاثية التكافؤ (جهة p) تكون اكبر بقليل من مدارات الذرة خماسية التكافؤ (جهة n) كما هو موضح في الشكل المقابل لمخطط الحزم ، ولهذا السبب تكون حزم الطاقة في جهة p اعلى بقليل (طاقة اكبر ونصف قطر اكبر) من حزمة جهة n .

شكل (1) مخطط مستويات الطاقة لوصلة فجائية

ان الوصلة الفجائية هي شيء مثالي لان جهة p لا تنتهي تماماً عندما تبدأ جهة n، فالوصلة العملية لابد ان يكون هناك نوع من التغير التدريجي في منطقة الاتصال بين الجهتين وكما هو موضح بالشكل التالي والذي يوضح مخطط حزم الطاقة قبل الانتشار وبعد الاتزان لوصلة pn.

ان انتقال الإلكترونات الموجودة في اعلى حزمة التوصيل في منطقة n إلى منطقة p تؤدي إلى تغيير مستويات الطاقة في منطقة الوصلة، حيث نلاحظ من الشكل (2) ان حزم الطاقة لمنطقة p قد تحركت إلى الأعلى نسبة إلى حزم طاقة منطقة n بحيث أصبح قعر كل حزمة من جهة p على مستوى اعلى من قمة مستوى الطاقة المقابل له من حزمة جهة n وهذا يعني ان الإلكترونات الموجودة في جهة n لم تعد لها الطاقة الكافية لكي تعبر الوصلة، ويمكن تفسير ذلك على النحو التالي:

عندما يعبر الكترون ما الوصلة يملئ فجوة احدى الذرات ثلاثية التكافؤ، وهذا الإلكترون الإضافي يرفع مدار (Orbit) حزمة التوصيل بعيداً عن الذرة ثلاثية التكافؤ (كما هو موضح بالشكل أسفل مخطط حزم الطاقة ولذلك فان أي الكترون آخر يأتي إلى منطقة p يحتاج إلى طاقة أكبر من السابق ليدخل إلى مدار

نطاق التوصيل.

الشكل (2) مخطط حزم الطاقة لوصلة pn قبل وبعد الانتشار بعد الاتزان لا يمتلك أي الكترون من جهة n طاقة كافية لعبور الوصلة، ويمكن تشبيه الطريق الذي يسلكه الإلكترون للانتقال من جهة n إلى p كعبور تل ، وبتعبير آخر الإلكترون الذي يريد الانتقال عبر الوصلة عليه ان يتغلب على تل طاقة (energy hill) المتولد على طرفي الوصلة، ولا يمكن للإلكترون ان يتسلق ذلك التل ما لم يستلم طاقة من مصدر خارجي، والذي يمكن ان يكون مصدر جهد، حرارة وضوء يلاحظ من الشكل (2) أيضا انه وبسبب ارتفاع حزم طاقة جهة p بالمقارنة من حزم طاقة جهة n فان مستوى فيرمي يتخذ موضعه على شكل خط مستوى طاقة واحد للجهتين وذلك بعد الوصول إلى حالة الاتزان.

مواضيع ذات صلة

خط الحمل ونقطة العمل Load Line and Operating Point

مستوى فيرمي (Fermi level)

أجهزة الحالة الثلاثية

الانبعاث الثانوي (Secondary Emission)

الدائرة المكافئة لثنائي أشباه الموصلات

أشباه الموصلات النقية (Intrinsic Semiconductors)

التطعيم (التشويب) Doping

الانبعاث المجالي (Field Emission)

أنابيب الإقرار الغازية (أنابيب جاوس) Gaseous Regulator Tubes

التقويم الموجي

الموضوع تأثير درجة الحرارة على خواص ثنائي أشباه الموصلات

مقوم القنطرة للموجة الكاملة Full-wave bridge rectifier: