אזור מחסור

במוליך למחצה, אזור המחסור הוא אזור מבודד אשר נמצא בתווך מוליך של חומר מוליך למחצה מזוהם. באזור זה נושאי המטען הניידים (אלקטרונים או חורים) עברו התאחות (רקומבינציה, recombination). במילים אחרות, באזור זה חסרים נושאי מטען ניידים.

הבנת הפיזיקה של אזור המחסור היא המפתח להבנה של אלקטרוניקה מודרנית של מוליכים למחצה ופעולה של רכיבים נפוצים כגון דיודה, טרנזיסטור MOSFET או טרנזיסטור ביפולרי. האזור הזה נקרא גם אזור צמצום.

הסבר פיזיקלי

אזור המחסור נוצר במעבר בצומת PN של מוליך למחצה כאשר הצומת נמצא בשיווי משקל תרמודינמי. באזור מוליך למחצה מסוג N אלקטרונים יהיו נושאי המטען הניידים ובאזור מוליך למחצה מסוג P חורים יהיו נושאי המטען הניידים. החומר כולו הוא נייטרלי, כלומר באזורים השונים יש נושאי מטען נייחים הפוכים בסימנם לנושאי המטען הניידים. נושאי המטען הניידים יתפשטו בפעפוע (diffusion) לעבר האזורים בהם יש ריכוז נמוך של נושאי מטען דומים, כלומר אלקטרונים ינדדו לעבר אזור P, וחורים ינדדו לעבר אזור N. כאשר חורים ואלקטרונים נפגשים מתרחשת התאחות, כלומר האלקטרונים מפס ההולכה ירדו ממנו וימלאו את החורים בפס הערכיות. באזור המגע בין הסוגים נשארים רק המטענים הנייחים (חיוביים באזור N ושליליים באזור P). תהליך זה ממשיך להתרחש עד אשר נוצר שיווי משקל חדש בו השדה החשמלי הסטטי שנוצר מהמטענים הנייחים גדול מספיק כדי לדחות את המטענים הניידים ולמנוע את המשך תהליך הפעפוע שלהם לעבר האזור האחר.

אינטגרל על השדה האלקטרוסטטי באזור המחסור שווה להפרש הפוטנציאל הפנימי, או מחסום הפוטנציאל של הצומת.

אם יופעל מתח הנקרא ממתח אחורי, על ידי חיבור אזור P לאלקטרודה שלילית וחיבור אזור N לאלקטרודה חיובית, החורים שבאזור P ימשכו לאלקטרודה השלילית והאלקטרונים שבאזור N ימשכו לאלקטרודה החיובית. תהליך זה ירחיב את אזור המחסור המבודד ולא יזרום זרם חשמלי ברכיב. אם יופעל מתח הנקרא ממתח חיובי, על ידי חיבור אזור N לאלקטרודה שלילית וחיבור אזור P לאלקטרודה חיובית, החורים שבאזור P ידחו מהאלקטרודה החיובית והאלקטרונים שבאזור N ידחו מהאלקטרודה השלילית. תהליך זה יצמצם את רוחב אזור המחסור. במתח חיובי מספיק גדול, תהליך זה יבטל את אזור המחסור ויאפשר לזרם חשמלי לזרום ברכיב.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא אזור מחסור בוויקישיתוף