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6. Vorlesung

6. Vorlesung. Inhalt: Rückblick 5. Vorlesung Kapitel pn-Diode anfangen Übungsaufgaben (wenn noch Zeit ist) . Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: 762-4218, paprotta@ihw.uni-hannover.de. 3.7 Generation und Rekombination. Generation – Erzeugung eines Elektrons und eines Lochs

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Presentation Transcript

  1. 6. Vorlesung • Inhalt: • Rückblick 5. Vorlesung • Kapitel pn-Diode anfangen • Übungsaufgaben (wenn noch Zeit ist) Dipl.-Phys. S. Paprotta Tel.: 762-4218, paprotta@ihw.uni-hannover.de

  2. 3.7 Generation und Rekombination Generation – Erzeugung eines Elektrons und eines Lochs – Generationsrate G [cm-3s-1] Rekombination – Inverser Prozess zur Generation – Rekombinationsrate [cm-3s-1]

  3. Generation und Rekombination Band zu Band Band zu Band (direkte HL) (direkte HL) Über Störstellen Traps Über Störstellen Traps (wichtig bei Si, Ge) Traps in Bandmitte sind Besonders effektiv! (wichtig bei Si, Ge) Traps in Bandmitte sind Besonders effektiv! Auger Stoßionisation (bei hohen Ladungsträger Dichten) Abb. 3.12

  4. SRH-Rekombinationsmodell Abb. 3.14 Beispiel n-HL

  5. SRH-Rekombination Abnahme kann beschrieben werden durch: (Bsp. p-HL) tp - Löcherlebensdauer p – Gsamtlöcheranzahl Dp - Überschusslöcher

  6. Die Kontinuitätsgleichung Vereinigung von Von Transport-, Rekombinations- und Generationsmechanismen in einer Gleichung. 3D 1D

  7. 3.11 Minoritätsträger-Diffusionsgleichung p-HL: n-HL:

  8. 3.12 Lösen der Minortätsträger-Diffusionsgleichung für einige Spezialfälle Welche Spezialfälle gibt es?

  9. 6. Vorlesung Inhalt: • Die pn-Diode (4) • Der ideale pn-Übergangn im (thermischen) Gleichgewicht (4.1) • Übungsaufgaben

  10. Die pn-Diode Was ist eine Diode? Bauelement mit gleichrichtender Wirkung – Stromfluss ist Signifikant von der Polung abhänging Welche Systeme bilden eine Diode? pn-Übergänge – werden in dieser Vorlesung behandelt Metall-Halbleiter-Übergänge – Schottky-Dioden – werden nicht behandelt Kennlinie?, Formel?

  11. 4.1 Der ideale pn-Übergang im(thermischen) Gleichgewicht Thermisches Gleichgewicht – Fermi-Niveau ist konstant Ort, an dem sich die Dotierung von n auf p ändert: Metallurgische Grenze Um die metallurgische Grenze entsteht eine Verarmungszone – Grund: Diffusion, Rekombination, elektrisches Feld der Dotierstoffe Raumladungszone (RLZ) = Sperrschicht = Verarmungszone Grenzen der RLZ: Wp, Wn

  12. Weiter 4.1 • in der RLZ bleiben ionisierte Dotier- • stoffe zurück • elektrisches Feld wirkt der Diffusion • entgegen • Driftstrom und Diffusionsstrom • kompensieren sich exakt • Verteilung der Dotierstoffatome • kann auf beiden Seiten als • Rechteck genähert werden

  13. Weiter 4.1 Diffusionsstrom Driftstrom Diffusionsstrom = Driftstrom (Bild ist entnommen aus Pierret und steht nicht im Skript)

  14. Weiter 4.1 Nomenklatur:

  15. Welche Größen interessieren uns? E-Feld und Potenzial? Weite der Raumladungszone? Alle Größen in Abhängigkeit der Dotierstoff- konzentration!!! Weiter 4.1

  16. Weiter 4.1 Ladungsneutralität – HL muss in seiner Gesamtheit neutral sein, d. h. die Ladungen auf beiden Seiten der metallurgischen Grenze müssen sich exakt kompensieren Neutralitätsbedingung: W – gesamte Raumladungszonenweite Konsequenz – die RLZ wird durch höhere Dotierung verringert

  17. Weiter 4.1 Elektisches Feld Potenzial Potenzielle Energie für Elektronen und Löcher

  18. Weiter 4.1 Durch das Lösen der 1D-Poison-Gleichung kann das E-Feld berechnet werden: Randbedingung: Maximales Elektrisches Feld an der metallurgischen Grenze: Name: „eingebautes E-Feld“

  19. Weiter 4.1 Zusammenhang E-Feld – Potenzial: Potenzial: Name: „eingebaute Spannung“, „Diffusionsspannung“ gesamte Spannung

  20. Weiter 4.1 Zusammenhang zwischen V0 und Dotierung: Verknüpfung Ladungsträger – Fermi-Niveau (Boltzmann-Näherung) Verhältnis der Ladunsträger an zwei verschieden Orten Ort 1 Ort 2 (Bild ist nicht im Skript – Kasap)

  21. Weiter 4.1 Resultate: Mit Hilfe des Massenwirkungsgesetz: Ist der Halbleiter nicht entartet dotiert, so ist die Diffusionsspannung immer kleiner Eg/q.

  22. Weiter 4.1 Jetzt kann die Raumladungszonenweite direkt aus den Dotierstoffkonzentrationen errechnet werden:

  23. Übungsaufgaben

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