2. Dotování a PN přechod
Čistý křemík je k ničemu — vede příliš málo a nedá se ovládat. Užitečným se stane, až když se do něj schválně přidá nečistota, a to v poměru asi jeden cizí atom na deset milionů. Tomu se říká dotování a je to nejpřesnější řízené znečištění v dějinách techniky.
- Typ N (fosfor, arsen — pět valenčních elektronů): jeden elektron navíc, který nemá s kým se svázat. Volný elektron. Nosiče jsou záporné (Negative).
- Typ P (bor — tři valenční elektrony): jedna vazba neobsazená. Chybějící elektron se chová jako pohyblivá kladná částice (Positive) a říká se mu díra.
Co se stane na styku
Přiložit kus P na kus N nestačí — musí to být jeden krystal, u kterého se během výroby změnilo dotování. Na rozhraní se stane tohle:
- Elektrony z N difundují do P, díry z P do N — prostě proto, že jich je jinde míň.
- Navzájem se vyplní. V pásu kolem rozhraní nezbudou žádné volné nosiče — to je ochuzená oblast.
- Zbudou tam ale nepohyblivé ionty: záporné na straně P, kladné na straně N. Ty vytvoří elektrické pole, které další difuzi zastaví.
Napětí toho pole je zabudované napětí, u křemíku asi 0,6–0,7 V. Pozor: nedá se ho využít — nejde připojit voltmetr a získat z přechodu energii, protože na kontaktech kovu s polovodičem vzniknou přesně opačná napětí, která to zruší. (Kdyby to šlo, byl by to perpetuum mobile druhého druhu.)
A teď to přiložené napětí
| propustný směr (+ na P) | závěrný směr (+ na N) | |
|---|---|---|
| ochuzená oblast | zúží se | rozšíří se |
| bariéra | klesne | vzroste |
| proud | roste exponenciálně | prakticky nula |
To je celá dioda: jednosměrný ventil. A protože ochuzená oblast je pás bez nosičů mezi dvěma vodivými oblastmi, je to zároveň kondenzátor — jehož kapacita se mění s napětím. Tenhle vedlejší efekt bude v kapitole 11 hlavní důvod, proč spínání něco stojí.