Pn-siire
Pn-siire on monokristalse pooljuhi kiht, milles toimub üleminek aukjuhtivuselt (p-juhtivuselt) elektronjuhtivusele (n-juhtivusele).
Kogu pooljuhtseade on ühes terviklikus kristallis. Kristallil on erinevate lisanditega ehk erineva juhtivusega piirkonnad, et tekiks erinimeliste laengute vastastikmõju. Kui kogu kristall oleks ühe juhtivustüübiga, näiteks elektronjuhtivusega, siis oleks tegemist tavalise elektriahela takistusega.
Joonisel on pn-siire näidatud musta piirina aukjuhtiva ja elektronjuhtiva kihi vahel. Kollasega näidatud ala on laenguta.
Pingestamata pn-siire: p-kihil on elektronide vähesuse tõttu lisandite aatomite elektronkattes positiivne elektrilaeng ja n-kihil elektronide rohkuse tõttu negatiivne laeng. Kahe erineva lisandiga kihi vaheline piir ongi pn-siire. Et laengud tõmbuvad, siis siirde läheduses olevad elektronid täidavad peagi ligemad augud ja laenguta ala siirde ümber laieneb. Positiivsete ja negatiivsete laengute vaheline kaugus suureneb ning elektronid sellest piirkonnast enam läbi ei lähe. Laenguga osakesed jäävad seega siirdest kaugele, sest elektrilised tõmbejõud aukude ja elektronide vahel ei mõju enam vahemaa suuruse tõttu erinimeliste laengute vahel. Laengute tõttu tekib p- ja n-kihi vahele potentsiaal, mille suurus sõltub ainest (germaaniumi korral 0,3 volti; räni puhul pisut üle 0,6 voldi).
Kui rakendada n-kihile positiivne ja p-kihile negatiivne pinge, siis vastaslaengud tõmbuvad mõlemal kihi otstel (siirdest kaugel) ja suurendavad laenguta ala ehk tekitavad tõkkekihi, mis oma suuruse tõttu ei lase elektrivoolu läbi, sest vastaskihtides olevate laengute tõmbejõud ei ole piisav selle ületamiseks.
Kui aga n-kihile rakendada negatiivne ja p-kihile positiivne pinge, mis on suurem kui iseeneslikult tekkiv pinge (germaaniumil 0,3 volti, ränil natuke üle 0,6 voldi), siis tõkkekiht väheneb, pinge "tõukab" elektronid samasuguse laengu tõttu siirde poole ja laengud saavad siiret ületada, sest vastaslaengud tõmbuvad. Edasi liiguvad laengud kuni pinge tekitajani.
Aukude liikumist vaadeldakse vaid pooljuhtides. Tegelikult liiguvad ainult elektronid, augud on lihtsalt kohad, kus elektrone ei ole (kuigi need ka liiguvad, aga nad ei ole aineosakesed). Elektrivoolu suund on vastupidine elektronide liikumise suunaga.
Vahepeal tekkinud iseeneslikke pingeid aga rakendada ei saa, sest vooluringi ühendamisel tarvitab ülejäänud vooluahel üsna kohe kogu laengu ära, seda laengut aga pn-siirdel eriti ei ole.
Kokkuvõtvalt:
- Välises elektriväljas paiknev (see tähendab - pingestatud) pn-siire on ühesuunalise elektrijuhtivusega (vaata: pooljuhtdiood), mis tähendab, et vool saab minna ainult kristalli p-kihist n-kihti.
