Podsjetimo se najprije da je n-tip poluvodića karakteriziran srazmjerno velikim brojem 'slobodnih elektrona' koji sudjeluju u vođenju struje, za razliku od p-tipa u kojem je vođenje električne struje posljedica postojanja velikog broja 'šupljina' - fiktivnih (kvazi-)čestica pozitivnog naboja mase usporedive s elektronskom masom.

Spajanjem n- i p-tipa poluvodiča nastaje pn-spoj s karakterističnim ispravljačkim svojstvom: ovisno o polarizaciji vanjskog napona, struja koja teće tim spojem je u jednom slučaju velika, a u drugom vrlo mala.

Da shvatimo kako funkcionira taj spoj, promotrimo najprije što se događa s elektronima i šupljinama kada na pn-spoj nije narinut vanjski napon.

Na slici 1a shematski je prikazno što se događa sa koncentracijama nosioca naboja (tj. elektronima u n-tipu i šupljinama u p-tipu poluvodića) u pn-spoju. U blizini samog kontakta elektroni iz n-poluvodića difundiraju u p-poluvodić i tamo se rekombiniraju ('ponište se') s dijelom šupljina, a šupljine iz p-poluvodića difundiraju u n-poluvodić i tamo se rekombiniraju s dijelom elektrona. Time nastaje područje sa znatnim manjkom nosioca naboja koje se još zove i područje osiromašenja, shematski prikazano na slici 1b. Tipična širina tog područja je oko 10^-4-10^-3mm.

Čitav pn-spoj sada možemo zamisliti kao serijski spoj tri otpornika (slika 1c), gdje otpornik R₂ odgovara području osiromašenja, a otpornici R₁ i R₃ dijelovima u kojima je koncentracija nosioca naboja nepromijenjena. Ako uzmemo da je ukupna duljina pn-spoja oko 1mm, onda vidimo da je praktički sav otpor pn-spoja sadržan u otporniku R₂, budući da je u području osiromašenja broj nosioca naboja oko 10⁵-10⁶ puta manji (slika 1b).

Ako sada priključimo bateriju na pn-spoj, i to '+' pol na n-poluvodić a '-' pol na p-poluvodić, područje osiromašenja će se proširiti. Naime, baterija će u n-poluvodiću privući elektrone, a u p-poluvodiću privući šupljine, pa će preostali elektroni/šupljine zato lakše difundirati. A proširenje područja osiromašenja automatski znači da će porasti i otpor otpornika R₂. Prema tome, u ovom slučaju će struja kroz diodu teći sve teže i teže.

Promotrimo sada obrnuti slučaj, kada na n-poluvodić spojimo '-' pol baterije, a na p-poluvodić '+' pol. Područje osiromašenja će se suziti, jer će baterija u n-poluvodiću 'pogurati' elektrone, a u p-poluvodiću šupljine, ka pn-kontaktu. To znači da vrijednost otpora R₂ pada, pa time i struja postaje veća.

Dakle, dobili smo da s jednom polarizacijom baterije kroz diodu teće vrlo mala struja, dok s obrnutom polarizacijom teće velika struja (slika 2), što je upravo ispravljačko svojstvo.

Dužan sam upozoriti da ovo objašnjenje treba uzeti vrlo 'okvirno'. Točniji opis svih procesa, nažalost, zahtijeva i puno više prostora, a i puno više predznanja, poglavito kvantne mehanike i statističke fizike.

Odgovorio:
mr.sc.M.Basletić, PMF