Materily a technolgie 08 Polovodiov materily Tematick okruhy

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Tematické okruhy Charakteristika polovodičových materiálov • merná elektrická vodivosť • teplotná závislosť mernej elektrickej vodivosti • hodnota šírky zakázaného pásma Obsadenie energetických pásiem v okolí zakázaného pásma • Fermi Diracova rozdeľovacia funkcia • Fermiho energetická hladina • reálny priebeh hraničných energetických hladín Ø vplyv typu mriežky Ø vplyv kryštalografického smeru Generovanie a rekombinácia nosičov náboja Transportné javy v polovodičoch • vlastné polovodiče • nevlastné polovodiče • degenerované polovodiče • vplyv teploty • vplyv rozdielu koncentrácie Polovodičové materiály elementárne, zlúčeninové, organické polovodiče 1

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Tematické okruhy Vonkajšie vplyvy na vlastnosti polovodičov • teplota • silné elektrické pole tunelový jav, nárazová ionizácia (Zenerov jav), Gunnov jav • magnetické pole galvanomagnetické javy Hallov, magnetorezistenčný, termomagnetické javy • elektromagnetické pole – fotovodivosť, luminiscenčné javy Povrchové javy • štruktúra povrchu, • oblasť objemového náboja PN priechod • kov – polovodič • polovodič – polovodič • prieraz PN priechodu • zdroj energie • zdroj žiarenia 2

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Význam polovodičov: • základné materiály pre výrobu polovodičových stavebných prvkov elektroniky usmerňovacie, zosilňovacie, spínacie, riadiace, regulačné a ďalšie prvky • premena žiarivej, elektrickej, tepelnej, chemickej energie • technická realizácia mikroelektronických obvodov vysokej integrácie Pásová teória vodivosti kvantová mechanika • náboje v pevnej látke je potrebné posudzovať odlišne od plynného stavu = silné vzájomné ovplyvňovanie susedných atómov v kryštáli • rozdiel medzi kovmi, polovodičmi a izolantmi • hodnota merného elektrického odporu medzi kovmi a izolantmi • teplotná závislosť merné odporu absolútna nula = izolant • vychádza z Fermi Diracovej štatistiky = rozdeľovacia funkcia určuje pravdepodobnosť výskytu elektrónov v energetických hladinách príslušných energetických pásov 3

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Fermiho rozdeľovacia funkcia F(W): pravdepodobnosť, že energetické hladiny na prechode medzi zaplnenými a voľnými hladinami sú obsadené elektrónmi k T WF . . . Boltzmannova konštanta. . . absolútna teplota. . . energia Fermiho hladiny pre W = WF je P(W) = 0, 5 Fermiho energetická hladina: Pravdepodobnosť zaplnenia je rovná 0, 5 pre: • kryštál v tepelnej rovnováhe • kryštál elektricky neutrálny Najvyššia možná obsadená hladina pri teplote absolútnej nuly Energetické pásy: • zjednodušený pásový model pevných látok pre lineárny jednorozmerný stav • skutočné kryštály sú trojrozmerné = energia elektrónov v jednotlivých pásoch je zložitou funkciou ich polohy v kryštáli 4

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály B) vlastný polovodič A) vodič W W WF WC WF W WV T 2 < T 1 nn T 1 T 2 np 1/2 F [W] Vlastný polovodič = rovnaká koncentrácia elektrónov a dier Nevlastný polovodič = rozdielna koncentrácia elektrónov a dier • majoritné nosiče náboja • minoritné nosiče náboja • pomer medzi nimi je približne (107 až 109) : 1 5

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Polovodiče s elektrónovou vodivosťou (typu N): • viac voľných elektrónov ako dier. • v kryštáli kremíka (štyri valenčné elektróny) sa niektoré atómy nahrádzajú fosforom, arzénom, apod. (5 valenčných elektrónov) • pri typickej kovalentnej väzbe vzniká prebytok elektrónov • atómy, ktoré vyvolávajú vodivosť typu N, sa nazývajú donory. Polovodič s dierovou vodivosťou (typu P): • prevláda počet dier • atómy kremíka sú nahrádzané napr. indiom (3 valenčné elektróny) • atómy tvoriace takýto typ vodivosti pri kovalentnej väzbe sa nazývajú akceptory. 6

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Prímesový (nevlastný) polovodič typu P C Wa Prímesový (nevlastný) polovodič typu N W D WC Wd WF WV W WC WF WV F[W] z hľadiska fázového zloženia je kremík (germánium) s vodivosťou typu P alebo N tuhým roztokom 7

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Skutočné kryštály • energetické pásy sú zložité priestorové útvary = plochy • zodpovedajú vzájomnej interakcii medzi pohybujúcim sa elektrónom a mriežkou v rôznych smeroch (kryštalografických) vlnový vektor k. • germánium Ø v rôznych kryštalografických smeroch sú závislosti hraníc vodivostného a valenčného pásu rozdielne Ø zakázaný pás = superpozícia jednotlivých závislostí energia sa v závislosti na k nemení spojito Ø oblasti dovolených energií zodpovedajú tzv. Brillouinovým zónam a sú oddelené pásmi zakázaných energií Ø vo vodivostnom páse bolo zistených 6 miním energie, valenčný pás má jedno maximum tieto extrémne hodnoty sú dôležité z hľadiska výkladu špeciálnych javov v polovodičoch. 8

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Skutočný priebeh energetických pásov pre germánium ako funkcia vlnového vektora k a zjednodušený priebeh pre všeobecný prípad 9

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Generovanie nosičov náboja normálna teplota (300°K) • určitý počet valenčných elektrónov získa energiu potrebnú na uvoľnenie z kovalentnej väzby • prechod z valenčného do vodivostného pásu • zanechané neobsadené väzby = diery s opačným elektrickým nábojom • elektróny aj diery sa voľne pohybujú kryštálom generácia nosičov náboja • rýchlosť generovania je definovaná počtom párov vytvorených v jednotkovom objeme za jednotku času, alebo prírastkom objemovej koncentrácie nosičov za jednotku času • dodaná energia zväčšuje rýchlosť generovania. 10

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Rekombinácia nosičov náboje nadbytočné nosiče sú nestabilné a zanikajú (rekombinujú) vzájomnou interakciou • s dierami • s ionizovanými záchytnými centrami priama rekombinácia • prechod elektrónu z vodivostného pásu nazad do valenčného pásu, • elektrón a diera prakticky v rovnakom mieste kryštálu • splnený zákon zachovania impulzu = rovnaké impulzy opačného smeru nepriama rekombinácia – po stupňoch 1. z vodivostného pásu do zakázaného pásu záchytné centrum ionizovaného donora 2. do valenčného pásu rekombinácia = bezprostredné uvoľnenie energie vo forme kvanta elektromagnetického žiarenia 11

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály • priama rekombinácia – medzipásová elektrón prechádza z vodivostného do valenčného pásu • rekombinácia prostredníctvom rekombinačných centier (poruchy kryštalickej štruktúry) energetické stavy sa nachádzajú vo vnútri zakázaného pásu • okrem objemovej rekombinácie sa uplatňuje povrchová rekombinácia prostredníctvom rekombinačných centier na povrchu polovodiča Wd priama rekombinácia nepriama rekombinácia cez donorovú hladinu Wa Wzc Wd nepriama rekombinácia cez akceptorovú hladinu s dlhou dobou života elektrónov 12

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Transportné javy v polovodičoch • pohyb nosičov náboja usmernený vonkajšími silami alebo rozdielom hustoty • nosiče prenášajú náboj (hustota prúdu, vodivosť) aj energiu (tepelný tok, tepelná vodivosť). Vodivosť vlastných polovodičov: b p b n nn, p . . . pohyblivosť elektrónov. . . pohyblivosť dier. . . koncentrácia • rozdielny podiel elektrónovej a dierovej vodivosti Ø rovnaká koncentrácia elektrónov a dier Ø rozdielna pohyblivosť nosičov vo valenčnom a vodivostnom páse 13

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Elementárne polovodičové materiály • podstatu polovodičových vlastností vytvára kovalentná medziatómová väzba Ø prvky IV. skupiny kremík, germánium, uhlík a cín, Ø prvky susediacich skupín bór, selén, telúr. Obmedzenia: • uhlík a cín sa vyskytujú v dvoch a bór dokonca v troch modifikáciách • diamantová mriežka cínu je stabilná iba do 13° C a teplota tavenia cínu je nízka (232°C). • syntetická výroba diamantov je technicky náročná a prípravu monokryštálov sťažuje vysoké vnútorné pnutie prejavujúce sa mozaikovou štruktúrou • nízke teploty tavenia obmedzujú použitie selénu i telúru germánium počiatky výroby polovodičových súčiastok príprava ľahšia vďaka nižšie teplote tavenia 937°C vyrábané z elektrárenských popolčekov, veľmi chudobných rúd a odpadu z výroby niektorých neželezných kovov kremík – po zvládnutí výroby polovodičovej čistoty v monokryštalickom stave technický kremík o čistote lepšej ako 98% Si sa získava redukciou s Si. O 2 14

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Základné vlastnosti Ge a Si: Merný odpor: Ge 50 cm Si 105 cm okrem teploty závisí na množstve prímesí v materiáli Koncentrácia nosičov pri normálnej teplote: Ge ni = 2, 28. 1013 cm 3 Si ni = 1, 51. 1010 cm 3 koncentrácia atómov prvku: Ge n = 4, 5. 1022 cm 3 Si n = 5. 1022 cm 3 prímesová vodivosť je dosahovaná dotáciou na (nd) = 1017 cm 3 5. skupiny N, P, As, Sb, Bi 3. skupiny B, Al, Ga, In, Th niektoré prvky (tunelové diódy) np = 1019 cm 3 degenerované polovodiče np = 1022 cm 3 15

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Zlúčeninové polovodiče A A A Zlúčeniny s vhodnými polovodičovými vlastnosťami vytvárajú B B tiež kryštály s prevažne kovalentnou medziatómovou väzbou • ak sú v diamantovej mriežke striedavo obsadené uzlové A A A polohy atómami prvkov 3. a 5. skupiny, vzniknú polovodiče B B typu AIII BV A A A • podobne vznikajú zlúčeniny typu AII BVI • ternárne zlúčeniny vznikajú čiastočnou substitúciou prvku A alebo B iným prvkom tej istej skupiny • voľba týchto prvkov a ich koncentrácia je riadená snahou po dosiahnutí nových a lepších polovodičových vlastností • počet zlúčeninových polovodičov je veľký, ich využitie v technickej praxi zostáva obmedzené popredné postavenie zaujíma Ga. As (vysoké teploty až 300°C, a vysoké frekvencie 10 až 100 GHz vysoká pohyblivosť nosičov náboja), iné zlúčeniny sa používajú pre výrobu špeciálnych štruktúr 16

Tabuľka 2: Vlastnosti niektorých zlúčenín typu AIIIBV Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Vlastnosti niektorých zlúčenín typu AIIIBV Zlúčenina In. Sb In. As Ga. Sb In. P Ga. As AISb Ga. P W e. V 0, 2 0, 4 0, 7 1, 3 1, 5 1, 6 2, 2 bn cm 2/Vs bp cm 2/Vs 78 000 1000 33 000 4 000 1400 4 000 150 8 000 400 200 400 100 70 C 797 942 985 1 060 1 280 1 323 1 798 c 11, 7 14, 0 10, 8 11, 1 10, 1 8, 4 17

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Zlúčeniny AIIBVI predstavujú napr. niektoré sírniky, selenidy a teluridy, ktoré majú aplikácie ako materiály k realizácii optoelektronických prvkov. Sírnik a telurid kademnatý môžu vytvárať prechody P N s vysokú účinnosť ako solárne batérie. Cd. S a Cd. Se nachádzajú uplatnenie ako polovodiče v tenkovrstvových tranzistoroch. Cd. S má veľkú fotoelektrickú citlivosť na ultrafialové a röntgenové lúče aj na korpuskulárne žiarenie. Zlúčeniny AIBVI pripomeňme oxid medný Cu 20, ktorý je známy z kuproxidových usmerňovačov a môže sa ho využiť aj ako elektroluminiscenčná látka. Zlúčeniny typu AIVBVI predovšetkým sírniky, selenidy a teluridy olova (Pb. S, Rb. Se, Pb. Te), vhodné materiály pre veľmi účinné fotoelektrické rezistory pre infračervenú oblasť. Zlúčeniny typu AVBVI uplatnenie predovšetkým v chladiacej technike ako materiál pre výrobu polovodičových chladiacich článkov. Najčastejšie sa využíva tuhého roztoku Sb 2 Te 3 a Bi 2 Te 3 ako materiálu typu N a tuhého roztoku Bi 2 Te 3 a Bi 2 Se 3 ako materiálu typu P. Zlúčeniny typu AIIBV napr. ako materiály na výrobu termo elektrických generátorov (Zn 3 Sb 2). Zlúčenina Cd 3 As 2 sa vyznačuje neobvykle vysokou hodnotou pohyblivosti nosičov. Pre termoelektrické polovodičové prvky sú veľmi perspektívnymi materiálmi, okrem antimonidu zinku, tiež antimonid kadmia (Cd. Sb), a ich zliatiny. 18

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Oxidové polovodiče • polovodičové zlúčeniny s iónovou väzbou • mechanizmus vodivosti závisí od prítomnosti kovových iónov v kryštálovej mriežke • oxidy Mn, Fe, Co, Ni, Ti, apod. – neúplne obsadená podorbita 3 d • polykryštalická štruktúra (keramika) – vysoká hodnota šírky zakázaného pásu – podiel iónovej väzby • termistory NTC – na báze Fe 2 O 3 a prísad oxidov Ti, Ni, Cu, . . . • varistory – na báze Zn. O, Ti. O 2, Si. C 19

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Organické polovodiče V popredí záujmu sú polyméry makromolekulárne látky vytvorené polymeráciou cyklických alebo nenasýtených monomérov. Vodivé polyméry môžeme rozdeliť do troch skupín: • polyméry plnené časticami kovov alebo uhlíku polymér slúži ako matrica pre uloženie jemných častíc striebra, medi alebo uhlíku, vodivosť sa mení v závislosti od objemového podielu vodivej zložky, veľkosti častíc a rovnomernosti ich priestorového rozloženia • polyméry s vodivosťou získanou semidestrukčnou pyrolýzou za vysokých teplôt (polyakrylonitril a polyimid) • polyméry rozpúšťané vo vhodných roztokoch a následne vylúčené vo forme monomolekulárneho filmu na pripravenej podložke opakované ponáranie = filmy s násobnou, dobre definovanou hrúbkou Vrstevnaté štruktúry umožňujú konštruovať pamäti založené na lokalizácii náboja Prechod kov/polovodič umožňuje konštruovať rýchle spínače riadené elektrickým impulzom alebo elektrickou zložkou elektromagnetickej vlny generovanej pulzom lasera. 20

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Vonkajšie vplyvy na vlastnosti polovodičov TEPLOTA prímesová vodivosť: • ionizácia donorov alebo akceptorov výrazne ovplyvňuje koncentráciu nosičov v oblasti nižších teplôt oblasť prímesovej vodivosti • pri vyšších teplotách sa generujú elektróny vlastného polovodiča oblasť vlastnej vodivosti. vlastná vodivosť: • vplyv zmeny koncentrácie nosičov náboja výrazný vzrast po prekročení kritickej teploty • vplyv zmeny pohyblivosti nosičov náboja vplyv rozptylu a zmeny viskozity Ø rozptyl spôsobený zrážkami elektrónov s atómami v uzlových polohách kryštalickej mriežky (absorpcia alebo emisia fonónu elektrónom) Ø pohyblivosť sa s teplotou mení menej intenzívne ako koncentrácia nosičov Tkrit Vlastná vodivosť Prímesová vodivosť 21

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Vonkajšie vplyvy na vlastnosti polovodičov SILNÉ ELEKTRICKÉ POLE v oblasť kritickej oblasť intenzity poľa nasýtenia • odchýlky od Ohmovho zákona • slabé elektrické polia (E < Ek) koncentrácia oblasť ani pohyblivosť nosičov prakticky nezávisí od záporného oblasť odporu intenzity Ohmovho EK zákona E • vzrastajúca intenzita rýchlosť nosičov spočiatku rastie lineárne, pri vysokých intenzitách nasýtený stav • pri zrážkach s kryštálovou mriežkou odovzdanie energie elektrónu (We) kryštálovej mriežke ak je energia väčšia ako tepelná energia kmitajúcej mriežky (Wm). • horúce elektróny (smer tepelného pohybu = smer elektrického poľa) We > Wm – častejšie účinné zrážky s kryštálovou mriežkou – nasýtený stav 22

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Vonkajšie vplyvy na vlastnosti polovodičov NÁRAZOVÁ IONIZÁCIA • elektrické polia dosahujúce 104 až 105 V/cm značný vzrast vodivosti • generácia párov elektrón diera • tak elektróny vodivostného pásu ako aj diery valenčného pásu TUNELOVÝ JAV • vnútorná chladná emisia • energetický stav nedosahuje hodnôt zakázaného pásu • vlnové vlastnosti elektrónov = pravdepodobnosť prechodu súvisiaca s účinkami horúcich elektrónov GUNNOV JAV • vznik mikrovlných prúdových oscilácií vo vzorke polovodiča predpísaných rozmerov z daného materiálu • ostro definovaná intenzita elektrického poľa R I IK • frekvencia je približne inverznou funkciou G U = konšt. hrúbky vzorky Im • fyzikálna podstata vychádza z predstáv vlnovej mechaniky • Ga. As, In. P. 23

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály MAGNETICKÉ POLE Vonkajšie vplyvy na vlastnosti polovodičov Sekundárne javy pri súčasnom pôsobení • elektrického póla galvanomagnetické • tepelného póla termomagnetické galvanomagnetické javy Ø Hallov jav: vznik priečneho elektrického pola pri súčasnom pretekaní prúdu a pôsobení magnetického póla kolmé smery Ø Ettingshausenov jav vznik teplotného spádu v priečnom smere Ø magnetoodporový jav zvýšenie odporu v pozdĺžnom smere vzorky Ø Nernstov jav vznik teplotného spádu v pozdĺžnom smere termomagnetické javy Ø Righiho Laducov jav vznik priečneho teplotného spádu pri pôsobení magnetického póla a pozdĺžneho teplotného spádu Ø Nernstov Ettingshausenov jav vznik priečneho termoelektrického pola Ø Magiho Righiho Leducov jav zmena teplotnej vodivosti v priečnom magnetickom poli 24

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Hallov jav Vonkajšie vplyvy na vlastnosti polovodičov Podstata: vplyv pôsobenia magnetického poľa na pohybujúce sa nosiče náboja Dôsledok: vznik priečneho elektrického poľa v polovodiči preteká prúd I za pôsobenia magnetického poľa o indukcii B. Princíp: • majoritné nosiče náboja (elektróny) sa vychyľujú smerom k prednej strane doštičky • minoritné nosiče náboja (diery) sa vychyľujú taktiež na prednú stranu doštičky • na prednej strane sa tak pri rozdielu koncentrácií obidvoch nosičov náboja prejaví oproti zadnej strane záporný náboj a v naznačenom smere sa prejavuje Hallovo pole Veľkosť Hallovho napätia: Veličina RH je tzv. Hallova konštanta 25

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Vonkajšie vplyvy na vlastnosti polovodičov ELEKTROMAGNETICKÉ POLE • fotovodivosť zmena elektrickej vodivosti vznikajú nosiče náboja účinkom energie fotónov fotoodpory, fotodiódy, fototranzistory • luminiscencia vnútorný fotoelektrický jav generácia nosičov náboja (aktivačné centrá) a následná rekombinácia (záchytné centrá) tzv. nepriama rekombinácia Ø fluorescencia – vyžarovanie svetla po krátku dobu – asi 10 8 s Ø fosforescencia – vyžarovanie svetla po dlhšiu dobu – od mikrosekúnd po hodiny svetlo fotoluminiscencia elektromagnetické žiarenie korpuskulárne žiarenie trenie triboluminiscencia elektrické pole – elektroluminiscencia – tunelový jav 26

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Vonkajšie vplyvy na vlastnosti polovodičov POVRCHOVÉ JAVY Medzivrstva Atóm nečistoty Atóm kyslíka Atóm polovodiča Polovodičový prvok Oxidová Adsorbované vrstva nečistoty • styk s okolitým prostredím (väčšinou vzduchom) chemické a fyzikálne zmeny v povrchovej vrstve = zmena požadovaných elektrických vlastností • polovodiče pre správnu funkciu prísne predpísané chemické zloženie a fyzikálnu štruktúru materiálu výrazný vplyv povrchových javov • vhodná ochrana osobitne u tenkých vrstiev 27

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály Vonkajšie vplyvy na vlastnosti polovodičov POVRCHOVÉ JAVY Príčina • voľné valenčné väzby na povrchu • chemicky silne reaktívne kyslík a voda rekombinačné centrá nerovnomerné rozdelenie náboja, • ľahká výmena nábojov medzi povrchom polovodiča a okolím Dôsledok • vznik objemového náboja v povrchovej vrstve • zmena priebehu energetických pásov • ohyb energetických hladín • vznik ochudobnenej až inverznej oblasti vodivosti (CH, I) • vznik obohatenej vrstvy (B) • hĺbka oblasti ohybu pásov 1 až 100Á WC Wi CH Wi WV WC WF Wi WF WV I WV WC WF WV WF typ N WV WC WF WV CH Wi B WC WF I Wi WF WV B typ P 28

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály PN priechod rozhranie medzi materiálmi s rôznym typom vodivosti – typ P a typ N základ činnosti väčšiny polovodičových stavebných prvkov PRIECHOD KOV - POLOVODIČ WM polovodič W = 0 WF WS WF • možnosť vytvorenia usmerňujúceho alebo neusmerňujúceho kontaktu • rozhoduje výstupná práca elektrónov z jednotlivých materiálov: energia potrebná k prenosu elektrónu z Fermiho hladiny do hladiny o nulovej energii vo vákuu - + W = 0 N W = 0 - + N WM WS . . . kov – typ N: usmerňujúci kontakt kov – typ P: ohmický kontakt WM WS . . . kov – typ N: ohmický kontakt kov – typ P: usmerňujúci kontakt 29

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály PN priechod PRIECHOD POLOVODIČ - POLOVODIČ • oblasť medzi typom P a typom N polovodiča spojených (vytvorených ) vhodnou technológiou nevlastné polovodiče • súvislosť kryštálovej mriežky v oblasti priechodu nie je porušená • nemožno vyrobiť priložením dvoch monokryštálov P a N k sebe • súmerný priechod koncentrácia nosičov v obidvoch typoch je rovnaká (donory a akceptory) • pôsobenie vonkajšieho el. poľa priepustný smer nepriepustný smer usmerňovacie účinky v oblasti P je nadbytok dier, v oblasti N je nadbytok elektrónov ihneď po vytvorení priechodu (ukončení technologického procesu) začne medzi obidvoma oblasťami pôsobiť príťažlivá elektrostatická sila (Coulombovská sila) 30

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály PN priechod PRIECHOD POLOVODIČ - POLOVODIČ Vyprázdnená oblasť Väčšinové (majoritné) diery Menšinové (minoritné) elektróny - + + + Väčšinové (majoritné) elektróny Menšinové (minoritné) diery Ióny potenciálovej bariéry (ionizované donory a akceptory) 31

Materiály a technológie 08 Polovodičové materiály PN priechod PRIECHOD POLOVODIČ - POLOVODIČ • v najbližšom okolí priechodu prechádzajú diery z oblasti P do oblasti N a elektróny naopak rekombinácia • súčasne vzniká v oblasti N nepohyblivý priestorový náboj kladných iónov, ktoré tam zostali po elektrónoch a v oblasti P nepohyblivý náboj záporných iónov, ktoré tam zostali po dierach • elektrické pole medzi oboma priestorovými nábojmi vzrastá dovtedy až nastane rovnováha medzi príťažlivou silou opačných nábojov v oblastiach P a N a elektrostatickou silou priestorového náboja = vyprázdnená oblasť • vzniknuté elektrostatické pole nepohyblivých iónov sa nazýva potenciálová bariéra 32