1 / 11

E c E F E v

Polovodič typu N Polovodič typu P P-N prechod. E c E F E v. E. E c E F E v. E g = E c - E v. 1.5. PN prechod – kontakt dierov ého a elektrónového polovodiča

gerda
Download Presentation

E c E F E v

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Polovodič typu N Polovodič typu P P-N prechod Ec EF Ev E Ec EF Ev Eg = Ec - Ev 1.5. PN prechod – kontakt dierového a elektrónového polovodiča Pre intrinzický polovodič je Fermiho energia uprostred energetickej medzery Eg. Tá je rôzna pre rôzné polovodiče. Napríklad pre Si je Eg = 1.1 eV a pre Ge je Eg = 0.68 eV. Dopovaním sa vo vnútri energetickej medzery (zakázaného pásu) vytvárajú nové stavy. Elektrónové stavy tvorené donórmi vytvárajú energetickú hladinu bližšie k valenčnému pásu a Fermiho energia sa posúva bližšie k vodivostnému pásu. V polovodiči typu p sa v dôsledku dopovania akceptorovými atómami vytvará nový dierový pás bližšie k vodostnému pásu a Fermiho hladina sa posúva bližšie k valenčnému pásu.

  2. Nech je akceptorová oblasť polovodiča silnejšie dotovaná ako donorová, t.j. Na> Nd. → začne difúzia majoritných nosičov náboja (elektróny z n do p a diery opačne) → vznik priestorového náboja (kladný v oblasti n a záporný v oblasti p →intenzita elektrického poľa smeruje z oblasti n do p). Pôsobením tohto poľa vzniká drift dier z oblasti n do p a elektrónov z oblasti p do n. Výmena nosičov medzi oblasťami n a p bude trvať dovtedy, pokiaľ sa nebude driftový prúd minoritných nosičov rovnať difúznemu prúdu majoritných nosičov a nenastane rovnovážny stav. V konečnom dôsledku bude prúd cez prechod nulový a poloha Fermiho hladiny bude rovnaká. V stave termodynaamickej rovnováhy bude: Oblasť p je viac dotovaná ako oblasť n a je viac vodivá → hĺbka vniku kontaktného poľa v dierovom polovodiči je menšia ako v elktrónovom, t.j. xbn> xbp. Celková hrúbka hradlovej oblasti bude:

  3. V intervale – xbp< x < 0 je záporný priestorový náboj daný iónmi akceptorovej prímesi: V intervale 0 < x < xbnje kladný priestorový náboj daný iónmi donorovej prímesi: Veľkosť potenciálovej bariéry na p-n prechode je: Kde Nc a Nv sú efektívne hustoty stavov na vodivostnom a valenčnom páse

  4. S uvážením vzťahu Z uvedeného vyplýva, že čím sú silnejšie dopované obidve oblasti polovodiča, tým je väčší rozdiel potenciálov. Maximálna hodnota kontaktného rozdielu potenciálov je : Napríklad pre germánium pri T = 300 K a hodnote koncentrácií Nd = nn = 1016 cm-3, pn = 1010 cm-3, Na = pp = 1014 cm-3, np = 1012 cm-3 je:

  5. Určíme hĺbku vniku elektrického poľa do každej oblasti: Pre 0<x<xb s využitím vzťahuρ=ennmá Poissonová rovnica pre n oblasť tvar: Pre p oblasť -xb<x<0 s využitím vzťahuρ=-epp Z hraničných podmienok a výpočtom: Zo vzťahu vyplýva, že čim je vyšší stupeň dopovania, tým je hodnota xb menšia. t.j. pole sa rozloži prakticky iba v slabo dopovanom polovodiči.

  6. xb0 eVD p Ec EFs Ev n ρ 1.7 Usmerňovanie elektrického prúdu na PN prechode Majme ideálny PN kontakt a naložme na neho napätie V. Ak je napätie pripojene v priepustnom smere, potom sa potenciálová bariéra zníži o hodnotu eV a hrúbka hradlovej oblasti sa zmení na: Šírka hradlovej oblasti pred a po aplikovaní napätia na p-n prechode Kapacita hradlovej oblasti

  7. Po aplikovaní napätia bude vo vonkajšom okruhu pretekať prúd rovný rozdielu majoritných a minoritných nosičov: xb0 E(VD-V) p EFn Ev eV n xb0 p e(VD+V) eV n V prvom okamihu vytvoria v oblasti n minoritné nosiče náboja Δp kladný priestorový náboj. Ten bude zároveň vykompenzovaný majoritnými nosičmi Δn vytiahnutými z vnútra polovodiča n. Tento náboj bude kompenzovaný vonkajším okruhom. Δp – nerovnovážne nosiče náboja a ich injekcia na rozhraní. Koncentrácia dier v oblasti kontaktu je (pn je koncentrácia dier v rovnovážnom stave pred aplikovaním napätia): Analogické javy prebiehajú v oblasti p

  8. J/Js -5 5 -1 eV/kT

  9. Ohmický kontakt p eVD Ec EFn Ea Ev p+ Po príprave p-n prechodu (dióda, tranzostor, ...) tento prechod potrebujeme nakontaktovať na kovové elektródy. Avšak na prechode kov/polovodič by sme vytvorili dodatočný Schottkyho prechod, čo by zmenilo charakter samotnej súčiastky. Kvôli eliminácii Shottkyho kontaktov sa realizujú tzv. ohmické kontakty – pp+, resp. nn+ p je slabo dotovaná p+ je silno dotovaná (> 1019/cm3) Pri nn+ prechode je VD veľmi malé a takýto prechod nemá usmerňujúce vlastnosti. Podobne je to na prechode n+-kov. Na takýto kontakt môžeme pripojiť kovovú elektródu a kontakt sa správa ako ohmický. Kontakt môžeme vytvoriť napr. difúziou dopantov s koncentráciou nad 1019/cm3, alebo legovaním vhodného kovu. Odpor prechodu

  10. Pre slabo dopovaný polovodič na kontakte kov-polovodič dominuje termoemisný prúd a odpor dostaneme derivovaním prúdu podľa V (výraz z predchadzajúcej prednášky). Z neho dostávame: Ak je polovodič silno dopovaný, potom je hradlová oblasť veľmi tenká a začína prevladať tunelový proces. Približný výraz pre tunelový prúd je:

  11. Ec Ev EFp n+ p+ EFn Ec Ev =- Prieraz pn prechodu • Tepelný prieraz • Prieraz nárazovou ionizáciou • Tunelový jav Ak je xb malé a polovodič má malú Eg Tunelový efekt pre napätia V: eV ≤ 4Eg Tunelový a lavínový pre napätia V: 4Eg ≤ V < 6Eg Lavinový prieraz: eV > 6Eg Pre hustotu prúdu:

More Related