Polarizzazione della giunzione pn (7)

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 Contatti metallici

La giunzione pn non è mai direttamente collegata alla sorgente di energia (filo), ma esistono contatti metallici definiti contatti Ohmici adiacenti alla giunzione (figura 1). 
Figura 1: contatti Ohmici e relativi potenziale.

Si suppone che in corrispondenza delle giunzioni tra metallo e zona p e, dualmente, tra metallo e zona n, sorga una coppia di differenze di potenziale, indicate rispettivamente con ψcp e ψcn. Si definiscono potenziali di contatto. La proprietà di questi contatti metallici è quella di avere potenziale costante e indipendente. In condizioni di equilibrio deve risultare necessariamente che la tensione ai capi della giunzione sia nulla. 
Figura 2: la differenza di potenziale ai capi della giunzione all'equilibrio.

Si può notare, quindi, che la differenza di potenziale vista ai capi della giunzione pn, in condizioni di equilibrio, è nulla. Ordunque è possibile affermare che la tensione applicata alla giunzione pn sarà pari a quella applicata esternamente con un generatore.

Polarizzazione DIRETTA

Non appena viene applicata una tensione ai capi della giunzione pn, morsetto positivo sulla zona p e negativo sulla zona n, come mostrato in figura 3. Si osserva che VG = VD. 
Figura 3: polarizzazione diretta della giunzione pn.
Avviene che la barriera di potenziale viene abbassata, rispetto al valore precedentemente stabilito all'equilibrio.
Con l'abbassamento della barriera di potenziale, anche l'ampiezza della regione svuotata si riduce. Il campo elettrico applicato ai capi della giunzione fa in modo che le cariche positive (lacune) diffondano dalla zona p verso la zona n, e allo stesso modo gli elettroni dalla regione n verso la regione p, creando una coppia di correnti di portatori maggioritari (figura 4). La corrente è definita corrente di diffusione.
Figura 4: correnti di conduzione nella giunzione pn in polarizzazione diretta.

Infatti, i portatori maggioritari della zona n, gli elettroni, vengono diffusi per effetto del campo elettrico nella zona p, ove diventano i portatori minoritari. 
Poiché vi sono anche portatori minoritari, già in condizioni di equilibrio, elettroni nella regione p e lacune nella zona n, sono anch'essi soggetti al campo elettrico. Esiste dunque una piccola corrente, definita corrente di trascinamento, che muove i suddetti portatori ed è molto minore della corrente di diffusione.

Polarizzazione INVERSA

Si polarizza la giunzione pn inversamente nel momento in cui la regione p viene collegata al morsetto negativo del generatore e e la regione n al morsetto positivo, come mostrato in figura 5:
Figura 5: polarizzazione inversa della giunzione pn.

Ora risulta VG = -VD. Il primo effetto della polarizzazione inversa è quello di aumentare il valore della barriera di potenziale rispetto alla condizione di equilibrio. Questo comporta che la regione svuotata aumenta la propria ampiezza e il flusso dei portatori maggioritari è notevolmente ridotto. 
Il campo elettrico è indirizzato in modo tale da muovere solo i portatori minoritari: dalla zona p gli elettroni si dirigono verso la zona n, e allo stesso modo le lacune dalla zona n muovono verso la zona p. 
Figura 6: campo elettrico e correnti di trascinamento.

Si può quindi osservare che la corrente, in questa configurazione, è prevalentemente una corrente di trascinamento. Si definisce anche corrente inversa di saturazione. Il valore della corrente inversa di saturazione non dipende dalla tensione applicata. 

In conclusione, la giunzione pn è una struttura che lavora in condizioni ottimali solo se polarizzata direttamente, in modo da far circolare una corrente con un andamento circa esponenziale in funzione della tensione. Il componente elettronico primo che fa uso di questa struttura è il diodo a giunzione, che ha diverse funzionalità nei circuiti come raddrizzatore di tensione.

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