13 Fysikk og teknologi
På p-siden ligger hullene tett. Et ledningselektron som diffunderer inn på p-siden, vil raskt treffe på et slikt hull og rekombinere. På samme måte vil noen av hullene fra p-siden diffundere over til n-siden og raskt rekombinere med elektroner der. Resultatet av dette blir et tynt overgangssjikt (ca. 100 nm) som mangler bevegelige ladningsbærere. Overgangssjiktet kalles gjerne et sperresjikt, siden et område uten bevegelige ladningsbærere ikke kan lede strøm.
349
Sperresjikt
Siden ledningselektroner har diffundert inn på den nøytrale p-siden, har vi her fått et område med negativ elektrisk ladning. Tilsvarende får vi et område med positiv ladning der hull har diffundert inn på n-siden. Elektrisk frastøtning fra disse områdene hindrer nye ladningsbærere i å diffundere inn i sperresjiktet, slik at diffusjonen etter hvert stopper opp. Ladningsforskyvningen kan vi måle som en elektrisk spenning mellom n- og p-siden, en sperrespenning.
– + – + – + – + – + p-side
Sperresjikt
n-side
I–U-karakteristikk for dioder Grafen i margen viser en I–U-karakteristikk for en diode som er koplet i lederetningen. Vi ser at spenningen må være over en viss verdi for at dioden skal begynne å lede strøm. Når spenningen kommer over denne terskelspenningen, øker strømmen i dioden raskt. Denne terskelspenningen er identisk med sperrespenningen for dioden. Den påtrykte spenningen må være større enn sperrespenningen for at de elektriske frastøtningskreftene skal overvinnes. Først da kan sperresjiktet fylles med ladningsbærere slik at hull og ledningselektroner kan møtes.
På grunn av diffusjon vil hull møte elektroner og rekombinere i pn-overgangen selv uten ytre spenningskilde. Slik oppstår det et sjikt som mangler bevegelige ladningsbærere, sperresjiktet.
I/mA Ledestrøm 50 40 30 20 10 0
0,2
0,4 0,6 Ledespenning
U/ V
I–U-karakteristikk for en typisk diode.
Solceller Du har ganske sikkert lært en god del om solceller og bruken av dem i naturfag på vg1. Nå når vi har lært om pn-overganger og sperresjikt, kan vi forstå litt mer av hvordan solcellene virker. En solcelle er i hovedsak en pn-overgang der sollys blir omdannet til likestrøm. Vi kan si at det er en fotodiode der vi utnytter den strømmen som blir dannet i en ytre krets.