La giunzione p-n è l’elemento costitutivo fondamentale dell’elettronica a stato solido. Si ottiene accostando a livello reticolare cristallino un semiconduttore drogato di tipo p (eccesso di lacune, es. drogato con Boro) e uno drogato di tipo n (eccesso di elettroni, es. drogato con Fosforo).
Al momento del contatto, a causa dell’enorme gradiente di concentrazione, gli elettroni del lato n diffondono nel lato p e vi si ricombinano con le lacune (e viceversa). Questo svuota la zona di interfaccia dai portatori di carica liberi, creando una regione di svuotamento (o di carica spaziale). Poiché gli ioni droganti fissi del reticolo non sono più neutralizzati, si genera un campo elettrico intrinseco che si oppone a un’ulteriore diffusione, stabilendo un potenziale di barriera (circa 0, 7 V per il silicio a temperatura ambiente).
Il comportamento ingegneristico della giunzione è fortemente asimmetrico:
- Polarizzazione diretta (positivo al p, negativo all’n): il campo esterno contrasta quello interno, assottigliando la barriera. Elettroni e lacune vengono “iniettati” attraverso la giunzione permettendo il passaggio di una forte corrente (funzionamento ON del diodo).
- Polarizzazione inversa (positivo all’n, negativo al p): il campo esterno rinforza quello interno, allargando la regione di svuotamento. Il passaggio di corrente maggioritaria è bloccato, permettendo solo una piccolissima corrente di saturazione inversa dovuta alla generazione termica (funzionamento OFF del diodo).
Questa capacità di fungere da valvola unidirezionale è il principio cardine del diodo rettificatore. Inoltre, combinando più giunzioni (es. n-p-n o p-n-p) si realizza l’effetto transistor (BJT), alla base dell’amplificazione del segnale e delle porte logiche digitali.