Uitputtingslaag en sperspanning bij een pn-overgang
Als je p-type en n-type halfgeleiders samenvoegt, diffunderen elektronen en gaten over de grens en recombineren ze. Er blijft een uitputtingslaag over met alleen geïoniseerde donoren en acceptoren. De lading van die ionen zorgt voor een potentiaalverschil, de ingebouwde spanning, dat verdere diffusie van ladingdragers tegenhoudt.
Een sperspanning vergroot het potentiaalverschil over de overgang, waardoor de uitputtingslaag breder wordt. De breedte is evenredig met de wortel uit (ingebouwde spanning + sperspanning), en omdat de ionenlading aan beide kanten gelijk moet zijn, breidt de laag zich vooral uit naar de zwakker gedoteerde kant. De uitputtingslaag werkt als een condensator met lading aan beide zijden: hoe breder ze wordt, hoe kleiner de junctiecapaciteit.
Probeer het zelf: sperspanning en breedte van de uitputtingslaag
Verander de sperspanning met de schuifregelaar en de breedte van de uitputtingslaag volgt de formule. De voorwaarden zijn Si, p-kant NA = 10¹⁷ cm⁻³, n-kant ND = 10¹⁶ cm⁻³ en 300 K (de standaardwaarden van de pn-junctiecalculator); de horizontale lengtes zijn op schaal getekend.