Kihtstruktuurid. Diood

Pooljuhid said tõeliseks tehnika eldoraadoks, kui õpiti tegema neist kihilise piruka taolisi struktuure.

Joon. 11.1. Pooljuhtdioodi läbilõige (l – isolaator, K – hermeetiline kest, P – pn-siirdega pooljuhtkristall) ja tingmärk (nool näitab pärivoolu suunda)

Sulandades ühte plaadikese n-pooljuhist plaadikesega p-pooljuhist, saame kahekihilise pooljuhi. Nende ühinemiskiht on pn-siire. Jootnud kummagi poolme külge veel ühendusjuhtme, ongi valminud pooljuhtdiood (joon.11.1), mis toimib elektrivoolule ventiilina: ühes suunas juhib voolu hästi, teises peaaegu üldse mitte (vrd. rattakummi ventiiliga või ainult ühtpidi ringleva pöörduksega).

Kuidas alaldav tõkkekiht tekib? Asi algab sellest, et p-poolmes on rohkesti auke, n-poolmes – elektrone. Voolukandjate tiheduste erinevus hakkab läbi siirde tasanduma: augud valguvad (difundeeruvad) n-poolmesse, elektronid – p-poolmesse. Siirdealas jäävad n-poolmesse positiivsed doonoriioonid, p-poolmesse negatiivsed aktseptoriioonid (joon.11.2). Nende laengut ei tasakaalusta enam lahkunud elektronid ega augud. Selle kaksikihi elektriväli hakkab ülevalguvaid voolukandjaid tagasi tõrjuma, kuni tekib tasakaaluseisund.


Joon. 11.2. Potentsiaaliastangu (tõkkekihi)kujunemine pn-siirdel: e^- – p-poolmesse valgunud elektronid, e⁺ – n-poolmesse valgunud augud, A^- – kompenseerimata laenguga aktseptor- ja D⁺ – doonorlisandid.	Joon. 11.3. Pooljuhtdiood juhib voolu vaid ühes, pärisuunas.

Välise vooluallikaga saab tekkinud potentsiaaliastangut langetada või tõsta. Kui dioodile rakendada päripinge, s.o vooluallika positiivne poolus ühendada p-poolmega (joon.11.3), töötab väline elektrijõud kaksikkihile vastu ja dioodi läbib vool, mis pinge tõustes kiiresti kasvab (joon. 11.4). Pooluste vahetamisel (vastupinge), tugevdab väline väli sisemist tõkkevälja, ja vool kahaneb nulli lähedale (joon.11.3, 11.4). Kui diood lülitada vahelduvvooluringi, hakkab ta alaldama, vahelduvvoolust saab pulseeriv, tõukeline, kuid ühesuunaline vool. Voolutõukeid saab tasandada alaldiga rööbiti ühendatud kondensaatoriga (joon. 11.4).

Joon. 11.4. Pooljuhtdioodi volt-amperkõver (tunnusjoon) ja alaladustoime (punktiir – kondensaatori abil silutud alaldatud vool; nõrka vastuvoolu tingib omajuhtivus).

Alaldeid vajatakse tihti. Elektrienergiat on ökonoomne üle kanda vahelduvooluna, aga paljud seadised (sh. raadiod, televiisorid, arvutid jpt.) vajavad toiteks alalispinget. Samuti on alaldeid tarvis raadio teel edastatud heli-, video- ja teabesignaalide dešifreerimiseks (s.o. detekteerimiseks).

Peale alaldite on veel mitmeid eriotstarbelisi pooljuhtdioode. Kõigepealt optikakursusest tuttavad ventiilfotoelemendid, sh. päikesepatareid.

Edasi, kui teatavaist pooljuhtühendeist ( $G a A s$ , $G a P$ jt) valmistatud dioode, – valgusdioode – läbib pärivool, hakkavad need valgust kiirgama: siirdealas kohtuvad elektronid ja augud – rekombineeruvad (meenutame hilineja istumist teatris talle vastu liikunud kohale). Vabanenud energia läheb kiirguvaile footoneile. Valgusdioodid leiavad tööd indikaatoreina elektroonikaseadmeis, tekstide või numbrite kuvamiseks jm. Ka pooljuhtlaserid on olemuselt valgusdioodid. Nendest lähemalt edaspidi.

Transistori leiutasid 1948 USA füüsikud John Bardeen (1908–1991), Walter Brattain (1902–1987) ja William Shockley (1910–1989)