Zona prostornog naelektrisanja

Zona prostornog naelektrisanja je pojam u poluprovodničkoj fizici koji se odnosi za izolatorski deo u provodnom dopiranom poluprovodničkom materijalu u kome se nosioci naelektrisanja poništeni procesom rekombinacije. Razumevanje pojma zone prostornog naelektrisanja je ključan za shvatanje principa moderne poluprovodničke elektronike: rad dioda, bipolarnih tranzistora, FET tranzistora i dioda sa promenljivom kapacitivnošću se zasniva na ovom fenomenu.

Koncept

Zona prostornog naelektrisanja se formira duž P-N spoja kada je spoj u termalnoj ravnoteži.

Elektroni i šupljine će procesom difuzije preći u regione sa manjom koncentracijom elektrona i šupljina, slično kao kap mastila u vodi dok se jednako ne raširi po zapremini. Poluprovodnici N-tipa imaju višak negativnih elektrona, a poluprovodnici P-tipa imaju manjak elektrona, tj. višak pozitivnih šupljina. Kada se negativno i pozitivno dopirani delovi spoje, elektroni će prelaziti u pozitivni deo, a šupljine će „preći“ u negativni deo. Međutim, kada elektroni i šupljine dođu u kontakt, oni se ponište procesom rekombinacije. Rekombinacija neće pokriti donorske atome uz P-N spoj, koji su sada naelektrisani joni. Ovi joni su pozitivni sa N-strane i negativni sa P-strane, i stvaraju električno polje koje se suprotstavlja daljoj difuziji nosilaca naelektrisanja. Kada električno polje postane dovoljno jako da odbije nadolazeće šupljine i elektrone, zona prostornog naelektrisanja je dostigla svoju ravnotežnu širinu. Integrisanjem električnog polja u zoni prostornog naelektrisanja daje ono što je poznato kao ugrađeni potencijal (takođe se naziva i kontaktni potencijal i potencijalna barijera).

U inverznoj polarizaciji (vezivanjem pozitivnog kraja izvora na negativnu stranu PN spoja i obrnuto) ovaj potencijal se povećava i širi zonu prostornog naelektrisanja. Direktna polarizacija smanjuje ovu zonu i može da je potpuno poništi i da učini spoj provodnim i time da dozvoli sloboda protok nosilaca naelektrisanja.